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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE QUITO CARRERA: INGENIERÍA ELECTRÓNICA Tesis previa a la obtención del título de INGENIERO ELECTRÓNICO TEMA: “ANÁLISIS DE COBERTURA DEL SISTEMA DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE PARA EL CANAL 47 EN LA CIUDAD DE QUI TO” AUTOR: ÁNGEL VALENTÍN SACA TENE DIRECTOR: JOSÉ LUIS AGUAYO Quito, diciembre de 2013
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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
SEDE QUITO
CARRERA: INGENIERÍA ELECTRÓNICA
Tesis previa a la obtención del título de INGENIERO ELECTRÓNICO
TEMA:
“ANÁLISIS DE COBERTURA DEL SISTEMA DE TELEVISIÓN DIGITAL
TERRESTRE PARA EL CANAL 47 EN LA CIUDAD DE QUITO”
AUTOR:
ÁNGEL VALENTÍN SACA TENE
DIRECTOR:
JOSÉ LUIS AGUAYO
Quito, diciembre de 2013
DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD Y AUTORIZACIÓN DE USO
DEL TRABAJO DE TITULACIÓN
Yo Ángel Valentín Saca Tene autorizo a la Universidad Politécnica Salesiana la
publicación total o parcial de este trabajo de titulación y su reproducción sin fines de
lucro.
Además declaro que los conceptos y análisis realizados y las conclusiones de
presente trabajo son de exclusiva responsabilidad del autor.
______________________________
Ángel Valentín Saca Tene
CC: 1104523400
DEDICATORIA
El trabajo va dedicado a mis padres, hermanos, familiares y a todos aquellos que han
aportado en mi crecimiento y madurez personal e intelectual.
De manera especial a mis padres Ana María Tene Sarango y Luis Clemente Saca
Condolo, por haberme traído a este mundo ellos me enseñaron a valorar a cada uno
de las personas que están a nuestro lado. Indicaron que el único medio para llegar a
la meta es el esfuerzo, el sacrificio y la dedicación. Sobre todas las cosas, han sabido
respetar mis decisiones y apoyar en las mismas. Por ellos vivo y agradezco a Dios
por tenerlos aún con vida.
A mis amigos y compañeros por el apoyo y la compañía que me han brindado. Los
admiro mucho y sé que si en la vida nos proponemos metas a alcanzarán, los
alcanzaremos. Dios les bendiga.
AGRADECIMIENTO
Agradezco a cada uno de los profesores que con esfuerzo y paciencia me han sabido
enseñar y transmitir lo que en estas páginas los estoy reflejando; el conocimiento y la
ciencia, que ahora son las armas para enfrentar la vida profesional.
A la empresa Ecuatronix Cia. Ltda. Por permitirme usar los equipos de medición.
Y a todas las personas que de una u otra forma han contribuido al desarrollo de este trabajo.
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 1
CAPÍTULO 1 ............................................................................................................... 2
ESTUDIO DEL PROBLEMA ..................................................................................... 2
1.1. Antecedentes .................................................................................................... 2
1.2. Definición del problema ................................................................................... 3
1.3. Objetivos .......................................................................................................... 4
1.3.1. Objetivo general ............................................................................................... 4
1.3.2. Objetivos específicos ........................................................................................ 4
1.4. Alcances y limitaciones .................................................................................... 4
CAPÍTULO 2 ............................................................................................................... 6
TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE ...................................................................... 6
2.1. Introducción ..................................................................................................... 6
2.2. Estándar de televisión digital adoptado por el ecuador .................................... 7
2.3. Fundamento del sistema ISDB-Tb ................................................................... 7
2.3.1. Visión General .................................................................................................. 9
2.3.2. Transmisión jerárquica ................................................................................... 10
2.3.3. Recepción parcial ........................................................................................... 10
2.3.4. Modos ............................................................................................................. 11
2.3.5. Innovaciones de ISDB-TB ............................................................................. 11
2.3.5.1. Codificación MPEG-4 (H.264/AVC) .......................................................... 12
2.3.5.2. Códec de video ............................................................................................. 12
2.3.5.3. Interleaving .................................................................................................. 13
2.3.5.4. Código combulucional (FEC) ...................................................................... 13
2.3.6. Transport stream (TS) .................................................................................... 14
2.3.7. Broadcast transport stream (BTS) .................................................................. 15
2.3.8. Tecnología De Multiplexación ....................................................................... 16
2.3.8.1. Packetized Elementary Stream (PES) .......................................................... 18
2.3.8.2. Información necesaria para el receptor ........................................................ 22
2.3.8.3. Sincronización para el Transport Stream ..................................................... 23
2.4. Propagación en espacio libre .......................................................................... 26
2.4.1. Modos de propagación ................................................................................... 26
2.4.1.1. LOS .............................................................................................................. 26
2.4.1.2. NLOS ........................................................................................................... 28
2.4.2. Zona de Fresnel .............................................................................................. 29
2.4.3. Mecanismos básicos de propagación ............................................................. 31
2.4.3.1. Reflexión ...................................................................................................... 31
2.4.3.2. Difracción .................................................................................................... 32
2.4.3.3. Absorción ..................................................................................................... 33
2.4.3.4. Dispersión .................................................................................................... 33
2.4.3.5. Refracción .................................................................................................... 34
2.4.3.6. Atenuación por vegetación .......................................................................... 34
2.4.3.7. Atenuación por lluvia ................................................................................... 35
2.4.4. Modelos de propagación ................................................................................ 36
2.4.5. Recomendación UIT-R P.526 ........................................................................ 37
2.4.5.1. Tipos de Terreno .......................................................................................... 37
2.4.5.2. Difracción sobre una Tierra esférica ............................................................ 38
2.4.5.3. Difracción sobre obstáculos aislados ........................................................... 39
2.4.5.4. Difracción sobre obstáculos múltiples aislados ........................................... 42
2.4.5.5. Organigrama de la propagación por difracción ........................................... 44
2.5. Gap filler ........................................................................................................ 45
2.5.1. Tipos de Gap-Fillers ....................................................................................... 46
2.5.2. Problemática del Gap Filler ............................................................................ 47
CAPÍTULO 3 ............................................................................................................. 49
ANÁLISIS PRELIMINARES DE TDT INSTALADO ............................................ 49
3.1. Estudios de los parámetros del estándar ISDB-Tb ......................................... 49
3.1.1. Ancho de banda .............................................................................................. 49
3.1.2. elección de parámetros OFDM....................................................................... 51
3.1.3. Bandas de guarda ........................................................................................... 59
3.1.4. Off-set de la frecuencia central del canal ....................................................... 62
3.1.5. Modos 2 y 3 del estándar ISDB-Tb ................................................................ 63
3.1.6. Transmisión en capas jerárquicas ................................................................... 69
3.1.6.1. Capas jerárquicas ......................................................................................... 69
3.2. Sistema de tv digital instalado ........................................................................ 71
3.2.1. Infraestructura ................................................................................................ 72
3.2.1.1. Caseta ........................................................................................................... 72
3.2.1.2. Sistema Eléctrico .......................................................................................... 74
3.2.1.3. Torre ............................................................................................................. 75
3.2.2. Transmisor ...................................................................................................... 76
3.2.3. Encoder ........................................................................................................... 77
3.2.4. Multiplexor ..................................................................................................... 79
3.2.5. Modulador y TX ............................................................................................. 81
3.2.6. Sistema radiante ............................................................................................. 82
CAPÍTULO 4 ............................................................................................................. 86
ANÁLISIS DE RESULTADOS DE MEDICIONES DE INTENSIDAD DE CAMPO
.................................................................................................................................... 86
4.1. Introducción ................................................................................................... 86
4.2. Resultados de estudio del área de cobertura ................................................... 86
4.2.1. Representación de los resultados:................................................................... 88
4.3. Resultados y análisis de las mediciones práctica tomadas en la ciudad de
Quito. ........................................................................................................... 91
4.3.1. Equipos utilizados en las mediciones ............................................................. 93
4.3.2. Resultados prácticos ....................................................................................... 95
4.4. Discusión y contrastación de resultados ......................................................... 97
4.5. Emplazamiento de gap-fillers ....................................................................... 101
CONCLUSIONES ................................................................................................... 105
RECOMENDACIONES .......................................................................................... 107
LISTA DE REFERENCIA ...................................................................................... 109
GLOSARIO.............................................................................................................. 112
ANEXOS.................................................................................................................. 115
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Tablas PSI .................................................................................................. 24
Tabla 2. Tabla de atenuación por lluvia................................................................... 35
Tabla 3. Bandas de guarda ISDB-Tb ....................................................................... 62
Tabla 4. Parámetros ISDB-Tb modos 1, 2 y 3 ......................................................... 64
Tabla 5. Tasa de datos de un único segmento ......................................................... 67
Tabla 6. Tasa de datos para 13 segmentos ............................................................... 68
Tabla 7. Ubicación del Transmisor .......................................................................... 74
Tabla 8. Parámetros de configuración del Encoder ................................................. 78
Tabla 9. Configuración del Multiplexor .................................................................. 80
Tabla 10. Configuración del sistema de transmisión del CH 47 ............................... 81
Tabla 11. Configuración del sistema radiante ........................................................... 82
Tabla 12. Pérdidas máximas en la línea de transmisión según el tipo de servicio. ... 82
Tabla 13. Parámetros configurados en el Sofware de simulación ............................. 88
Tabla 14. Resultados de mediciones prácticas de TDT tomadas en Quito. ............... 95
Tabla 15. Comparación de resultados ........................................................................ 98
Tabla 16. Poblaciones que requieren el emplazamiento de gap-fillers ................... 103
ÍNDICE DE FIGURAS
Visión general del sistema de transmisión ................................................. 9 Figuara 1:
Diagrama en bloques del sistema de transmisión. ................................... 10 Figuara 2:
Espectro de frecuencia del canal de TV .................................................. 11 Figuara 3:
Transport stream para ISDB-Tb .............................................................. 15 Figuara 4:
Broadcast transport stream para ISDB-Tb ............................................... 16 Figuara 5:
Esquema de los Sistemas MPEG-2 .......................................................... 17 Figuara 6:
Formación de los Paquetes TS ................................................................. 19 Figuara 7:
Paquetes PES ........................................................................................... 19 Figuara 8:
Paquetes MPEG-2 Transport Stream multiplexados ............................... 20 Figuara 9:
MPEG-2 Transport Stream Packet ......................................................... 21 Figuara 10:
PAT y PMT ............................................................................................ 22 Figuara 11:
Accediendo a un programa por medio de los PIDS de video y audio.... 25 Figuara 12:
Horizonte radioeléctrico ......................................................................... 26 Figuara 13:
Efecto de la troposfera sobre la onda radioeléctrica .............................. 27 Figuara 14:
Modelo de K=4/3 del radio terrestre. ..................................................... 27 Figuara 15:
Zona de fresnel ....................................................................................... 29 Figuara 16:
Obstrucción máxima permitida en la primera zona de Fresnel. ............. 31 Figuara 17:
Reflexión especular y reflexión difusa ................................................... 32 Figuara 18:
Principio de Huygens ............................................................................. 32 Figuara 19:
Efectos de una superficie rugosa en la reflexión, causa dispersión. ...... 33 Figuara 20:
Atenuación especificada en zona boscosa.............................................. 35 Figuara 21:
Ilustración de un obstáculo idealizado con arista en filo de cuchillo. .... 39 Figuara 22:
Representación geométrica de un obstáculo redondeado....................... 40 Figuara 23:
Dos aristas aisladas con pérdidas similares. ........................................... 41 Figuara 24:
Dos aristas aisladas con un obstáculo predominante ............................. 42 Figuara 25:
Representación del método de cilindro en cascada ................................ 43 Figuara 26:
Solución para pequeñas zonas sin cobertura .......................................... 45 Figuara 27:
Diagrama de Bloques del gap-filler profesional .................................... 47 Figuara 28:
Bandas de Guarda .................................................................................. 49 Figuara 29:
Segmentos para servicios y bandas de guarda ....................................... 50 Figuara 30:
Robustez de las señales .......................................................................... 53 Figuara 31:
Ancho de banda total ocupado por L portadoras ................................... 55 Figuara 32:
Ancho de banda total ocupado por NS segmentos ................................ 55 Figuara 33:
Separación entre portadoras ................................................................... 56 Figuara 34:
Recorrido de la señal directa y reflejada ................................................ 58 Figuara 35:
Transmisión simulcast ........................................................................... 60 Figuara 36:
Espaciamiento en frecuencia de canal ISDB-T con canales analógicos 60 Figuara 37:
Bandas de guarda para canales ISDB-Tb ............................................... 61 Figuara 38:
Bandas de guarda para canales analógicos............................................. 61 Figuara 39:
Off-set de la frecuencia central .............................................................. 63 Figuara 40:
Segmentos disponibles para cada capa jerárquica ................................. 69 Figuara 41:
Ejemplos de asignación de segmentos ................................................... 70 Figuara 42:
Diagrama de bloques del sistema de transmisión CH47 ........................ 71 Figuara 43:
Plano de la caseta del transmisor de TV Digital .................................... 73 Figuara 44:
Sistema de puesta a tierra ....................................................................... 75 Figuara 45:
Esquema del sistema radiante ................................................................ 76 Figuara 46:
Transmisor utilizado............................................................................... 77 Figuara 47:
Diagrama de Radiación del sistema radiante ......................................... 84 Figuara 48:
Configuración y comportamiento del sistema radiante ......................... 85 Figuara 49:
Paramentaros para la simulación del área de cobertura ......................... 89 Figuara 50:
Simulación del área de cobertura de la TDT del CH 47 ........................ 90 Figuara 51:
Trazo de los radiales y arcos para la ciudad de Quito ............................ 91 Figuara 52:
Posiciones de las mediciones de campo de TDT en Quito .................... 93 Figuara 53:
Antena UHF para la medición de campo del CH 47. ............................. 94 Figuara 54:
Medidor de intensidad de campo ........................................................... 94 Figuara 55:
GPS utilizado para la medición de coordenadas geográficas................. 95 Figuara 56:
Representación gráfica de la intensidad de campo medida .................... 97 Figuara 57:
Representación de la intensidad de campo a 5Km ................................. 99 Figuara 58:
Representación de la intensidad de campo a 7.5Km ............................ 100 Figuara 59:
Representación de la intensidad de campo a 10Km ............................. 101 Figuara 60:
Localización de zonas de sombra ......................................................... 102 Figuara 61:
Diagrama de bloques de un gap-filler .................................................. 103 Figuara 62:
RESUMEN
El proyecto de tesis tiene como finalidad el análisis de cobertura del sistema de
Televisión Digital Terrestre en canal 47 con cobertura en la ciudad de Quito.
En el primer capítulo se describe la necesidad de realizar el análisis de cobertura,
además se da a conocer los objetivos que se desean cumplir, así como los alcances
que tendrá en el desarrollo del trabajo.
El capítulo se centra en un breve estudio teórico del estándar de televisión digital
adoptado en el Ecuador (ISDB-Tb). También los conceptos relevantes al estudio de
propagación de la señal hacia los receptores y las pérdidas a lo largo de su
trayectoria. Adicionalmente se presenta una descripción teórica referente a los
retransmisores como posible solución para dar cobertura a las zonas de sombra.
En el tercer capítulo se realiza el análisis de los parámetros teóricos del estándar
ISDB-Tb, luego se analizan los parámetros con los que se encuentra configurado el
sistema de transmisión de Televisión Digital Terrestre del canal 47.
El capítulo cuatro contiene el diseño del área de cobertura simulado con el software
de predicciones WinRPT, también se presentan las mediciones de intensidad de
campo de la señal de Televisión Digital con el estándar ISDB-Tb operando en el
canal 47 en la ciudad de Quito, finalmente se localizan las zonas de sombra de
sectores poblados en la ciudad de Quito, se sugiere la mejor alternativa para dar
solución a la ausencia de cobertura de la señal de TDT, mediante la utilización de
reemisores Gap Filler.
Finalmente, se presentan las conclusiones y recomendaciones, como resultado del
trabajo realizado.
ABSTRACT
The thesis project aims to the analysis of the system of Digital Terrestrial Television
coverage on channel 47 with coverage in Quito’s city.
The first chapter describes the need for coverage analysis, is also given to meet the
objectives that you want to meet, as well as the scope which will be in the
development of this work.
The chapter focuses on a brief theoretical study of the digital television standard
adopted in Ecuador (ISDB-Tb). Also the concepts relevant to the study of
propagation of the signal to receivers and losses throughout his career. In addition is
a theoretical description concerning the relays as a possible solution to cover the
areas of shadow.
In the third chapter is about the analysis of the theorists of the ISDB-Tb standard
parameters, then discussed the parameters with which the channel 47 Digital
Terrestrial Television transmission system is configured.
Chapter four contains the coverage area design simulated with the software of
WinRPT predictions, also are measurements of intensity of the signal of Digital
Television with the ISDB-Tb standard field operating on channel 47 in the city of
Quito, finally located the areas of shadow of populated areas in the city of Quito the
best alternative is suggested to deal with the absence of coverage of the DTT signal,
using transposers Gap Filler.
Finally, the conclusions and recommendations are presented as a result of the work
done.
1
INTRODUCCIÓN
Muy pronto la población, empezara a coger el lenguaje audiovisual como el modo de
comunicación interpersonal, como resultado de la convergencia de las
telecomunicaciones que se está implementando, por ejemplo, a través de los
teléfonos y de la transmisión de imágenes por medio del internet, de la Televisión
Digital y de otros medios que seguramente estarán por venir.
La decisión tomado por el gobierno ecuatoriano de adaptar el estándar de televisión
digital terrestre bajo el estándar ISDB-Tb (Difusión de Servicio Integrado Terrestre
con modificación brasileña) “registro oficial No 172-15 de abril de 2010” implica la
necesidad de establecer el marco regulatorio para el servicio de televisión digital
terrestre en el Ecuador.
Ecuador avanza progresivamente en la transición hacia la Televisión Digital
Terrestre (TDT); tiene como objetivo mejorar la calidad del servicio de televisión
abierta.
En la actualidad son algunas las estaciones de Televisión Digital Terrestre que
vienen emitiendo sus señales con emisiones de prueba en la ciudad de Quito. La
transición hacia la TDT ya se está viviendo en el Ecuador, unas de las ventajas es la
mejora a la calidad de servicio en cuanto al audio, video y nuevos servicios como la
interactividad.
Por ese motivo y debido a que es una tecnología nueva, las empresas televisivas no
cuentan con análisis de cobertura suficientes para garantizar toda el área de servicio
en la ciudad de Quito. El trabajo realiza el análisis de cobertura mediante software de
predicción Win RPT y también se realiza mediciones de intensidad de campo con el
fin de obtener información real de área de servicio de una estación objeto de este
análisis.
2
CAPÍTULO 1
ESTUDIO DEL PROBLEMA
1.1. Antecedentes
Durante las últimas décadas la humanidad ha desarrollado tecnologías enfocadas al
mejoramiento de la transmisión de información a través del aprovechamiento del
espectro radioeléctrico para los servicios de telecomunicaciones.
En la actualidad se está viviendo la transformación global de este servicio en el que
la televisión digital representa una revolución de la transmisión de programas junto a
una gran flexibilidad en los contenidos emitidos, siendo posible mezclar un número
determinado de canales de video, audio y datos en un mismo canal.
“Ecuador, el 26 de marzo del 2010, adoptó el estándar de Televisión Digital Terrestre
ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting – Terrestrial), desarrollado por
Japón con modificaciones incorporadas por Brasil. En ese mismo año se suscribieron
memorandos de entendimiento con Japón y Brasil, a fin de obtener cooperación para
la introducción de esta tecnología en el país” (CONATEL, RESOLUCIÓN 084-05-
CONATEL-2010, 2010).
Las innovaciones tecnológicas desarrolladas en Brasil SBTVD permiten que las
empresas operadoras de televisión, puedan brindar en el mismo canal, varios
programas de calidad estándar (SD), un programa en alta definición (HD), y una
señal one-seg destinada a la movilidad mediante la recepción del servicio en los
teléfonos celulares, laptops, PDAs u otros dispositivos que cuenten con dicha
funcionalidad.
La transición a la Televisión Digital Terrestre en el Ecuador comprende un proceso
progresivo de migración durante los próximos años, por lo que oportunamente se
están estableciendo políticas y normativas necesarias que permitirán regular esta
tecnología, para su introducción en primera instancia y posterior masificación.
Este proceso ampliará la cobertura de infraestructura básica y de servicios públicos
para extender las capacidades y oportunidades económicas, estableciendo un sistema
económico social, solidario y sostenible en el país.
3
Para iniciar el proceso de transición, el MINTEL (Ministerio de Telecomunicaciones
y Sociedad de la Información) elaboró un Plan Maestro de Televisión Digital, que
establece las directrices y políticas para el período de transición hacia la Televisión
Digital.
El Plan Maestro recoge las políticas, procedimientos y lineamientos que se aplicarán
durante el proceso de transición a la televisión digital, y tiene como objetivo mejorar
la calidad del servicio de televisión abierto en el país, además, garantizar el derecho a
la comunicación, inclusión, cohesión y equidad social de los ciudadanos, optimizar el
uso de espectro radioeléctrico y reducir la brecha digital.
“El plan contempla la implementación de la televisión digital, bandas de frecuencias
para la transmisión y su canalización, fechas para el “apagón analógico”, generación
de contenidos y los mecanismos necesarios para identificar los requerimientos de
equipamiento e infraestructura por parte de los concesionarios” (CONATEL,
RESOLUCIÓN RTV-681-24-CONATEL-2012, 2012).
1.2. Definición del problema
La televisión digital terrestre en Ecuador bajo el estándar ISDB-Tb, se está
implementado en el Distrito Metropolitano de Quito con emisiones de prueba. Una
de las estaciones de televisión que está emitiendo señales de prueba es “Oromar TV”,
que está autorizada para operar en la banda de frecuencia del Canal 47. Su
implantación se extenderá a lo largo de todo el país.
Es por esta razón que existe la necesidad de realizar un estudio detallado de un
sistema de transmisión de televisión digital terrestre en la ciudad de Quito, con el fin
de identificar parámetros de operación eficientes a través de mediciones de campo de
las emisiones de TDT en la ciudad; y de esta forma tomar decisiones para la
transición de TV Digital, tendientes a cubrir la mayor parte de las áreas pobladas de
la ciudad con la calidad exigida por el estándar. Para conseguir tal objetivo es
necesario estudiar el comportamiento del sistema de transmisión mediante el
desarrollo de simulaciones teóricas y mediciones de campo que se realizan en este
trabajo.
4
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo general
Realizar el análisis de cobertura del Sistema de transmisión de Televisión Digital
Terrestre (TDT) de la estación “Oromar TV” que opera en el canal 47 en la ciudad de
Quito con Estándar ISDB-Tb.
1.3.2. Objetivos específicos
Objetivo 1
Identificar las especificaciones con las que opera el Sistema de transmisión de TDT
en canal 47 UHF.
Objetivo 2
Determinar los niveles de campo mínimos necesarios para el área de cobertura en la
ciudad de Quito.
Objetivo 3
Identificar las zonas de sombra y los lugares donde se colocarán los remisores para
dar servicio en las áreas críticas.
Objetivo 4
Comprobar los resultados con mediciones de campo
Objetivo 5
Determinar las especificaciones que debe cumplir los equipos para la transmisión en
el canal 47.
1.4. Alcances y limitaciones
El estudio del sistema de transmisión de televisión digital terrestre ISDB-Tb se limita
a la ciudad de Quito, debido a que las emisiones de TDT únicamente están
autorizadas en la ciudad para las principales estaciones matrices del país.
5
Se justifica este trabajo de análisis debido a que la TDT es una tecnología entrante y
el país no cuenta con análisis de cobertura real para la TDT en la ciudad de Quito que
permitan elaborar normativas para la operación de las estaciones.
Los equipos empleados en la simulación son: el transmisor de TDT UHF, Sistema
radiante y línea de transmisión, utilizados por la estación de Televisión “Oromar
TV”. Las emisiones a estudiar son las que contienen la programación regular de TDT
transmitida en simulcast por “Oromar TV”.
Es importante aclarar que en este trabajo se limita sólo al estudio de la propagación
de TDT, asumiendo que el contenido ya ha sido digitalizado y no se analiza la
generación.
6
CAPÍTULO 2
TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE
2.1. Introducción
Según varios autores, “la televisión digital se refiere al conjunto de tecnologías de
transmisión y recepción de imagen y sonido, a través de señales digitales. Esta
transmisión puede ser efectuada mediante ondas de radio o por redes especializadas
de televisión por cable” (Imaginar.org, 2011).
En contraste con la televisión tradicional, que transmite los datos de manera
analógica, la televisión digital codifica sus señales de forma binaria, habilitando así
la posibilidad de establecer vías de retorno entre consumidor y productor de
contenidos, abriendo la posibilidad de crear aplicaciones interactivas, y la capacidad
de transmitir varias señales en un mismo canal asignado, gracias a la diversidad de
formatos existentes.
Televisión Digital Terrestre (TDT) es la aplicación de las tecnologías del medio
digital a la transmisión de contenidos a través de ondas radioeléctricas terrestres.
Aplicando la tecnología digital se consiguen mayores posibilidades, como proveer un
mayor número de canales, mejor calidad de imagen o imagen en alta definición y
mejor calidad de sonido.
“La plataforma usada en los Estados Unidos, Canadá y que han adoptado
algunos países de América Latina es ATSC; ISDB-T en Japón y Filipinas;
ISDB-Tb (variante del ISDB-T) en Brasil y la mayoría de los países
latinoamericanos. DTMB en la República Popular China, Hong Kong y
Macau; DVB-T en los países europeos, Australia y partes de África y dos
países de América Latina (Colombia y Panamá). El resto de los países aún no
se ha decidido por ninguno de los estándares antes mencionados”
(Imaginar.org, 2011).
La TDT permite una mejora en la calidad de la recepción y amplía la oferta
disponible tanto en número de canales como en versatilidad del sistema: emisión con
sonido multicanal, múltiples señales de audio, teletexto, EPG (electronic program
guide), canales de radio, servicios interactivos, imagen panorámica, etc. A mediano
7
plazo el sistema de televisión analógico desaparecerá completamente liberando
frecuencias que permitirán aumentar la oferta de canales, su calidad y otros servicios
en TDT.
2.2. Estándar de televisión digital adoptado por el ecuador
El 25 de marzo del 2010 con resolución 084-05-CONATEL-2010, Ecuador adoptó el
estándar de Televisión Digital ISDB-T internacional (Integrated services Digital
Broadcasting Terrestrial), con las innovaciones tecnológicas desarrolladas por Brasil
y las que hubieran al momento de su implantación, para la transmisión y recepción
de señales de Televisión Digital Terrestre. En esta Resolución se indica que la
digitalización de la televisión ofrece ventajas respecto a la señal de televisión
analógica como la optimización del uso del espectro radioeléctrico, mayor resolución
de imagen, mejor nivel de sonido, mayor robustez de la señal con menor afectación
de ruido e interferencia así como la incorporación de aplicaciones móviles e
interactivas.
2.3. Fundamento del sistema ISDB-Tb
Según varios autores, “el sistema brasileño de televisión digital, está basado en el
sistema japonés ISDB-T. En el 2006 en Brasil el sistema de TV digital fue elegido y
es una mezcla de las tecnologías japonesa, conocida como ISDB (Integrated
Servicesfor Digital Broadcasting) y la tecnología brasileña que le proporciona ciertas
mejoras” (Loyola, 2012).
Internacionalmente, “el sistema híbrido pasó a ser llamado ISDB-T Internacional y
en Brasil es conocido como Sistema Brasileño de TV digital terrestre (SBTVDT)”
(ABNT-NBR15601, 2007).
Las características de SBTVD son:
Multiprogramación, disponibilidad de hasta 4 canales.
Interactividad que puede ser usada en distintos niveles.
Interoperabilidad entre los diferentes patrones de televisión digital (TVD).
Robustez que recibe distintas programaciones en todo el país.
Movilidad.
8
Portabilidad.
Accesibilidad, para las personas con necesidades especiales.
Está disponible tanto en alta definición (HD) como en definición estándar
(SDTV).
Utiliza MPEG-4, que tiene más recursos tecnológicos (Loyola, 2012).
El sistema brasileño está basado en ISDB-T (estándar japonés), y sus mayores
diferencias son el uso de tecnologías de compresión de video y audio más avanzadas
(H.264/HE-AAC) que las empleadas en Japón (MPEG-2/MPEG L2), además del
middleware totalmente innovador y desarrollado en Brasil, y la parte de protección
del contenido. Pero la modulación en los dos sistemas es idéntica, al igual que la
parte del transporte que se realiza en base al estándar MPEG-2.
Otra de las variaciones que presenta ISDB-Tb es que los estándares de codificación
de video y audio utilizados en las transmisiones móviles no son iguales a los
empleados en el sistema japonés. Existen las siguientes diferencias en la recepción
móvil (one-seg):
Japón: Video H264 a 15 fps; Audio HE-AAC v.1 de baja complejidad.
Brasil: Video H264 a 30 fps, Audio HE-AAC v.2 de baja complejidad.
Entre uno de los aportes brasileños está el middleware Ginga, el cual permite la
utilización de los tres patrones de televisión digital (norteamericano, europeo y el
híbrido japonés-brasileño), es decir permite la interoperabilidad entre los sistemas.
Además permite su uso tanto en el modelo estándar como en alta definición y
también brinda la posibilidad de transmitir aplicaciones interactivas de distintos
niveles. Un atributo interesante es que permite que los contenidos de TV digital sean
exhibidos en diferentes sistemas de recepción, independiente del fabricante o del tipo
de receptor, debido a que Ginga acepta TV, celulares, computadoras de mano
(PDAs) o TV pagada, como cable y satélite entre otros. El middleware Ginga ofrece
código abierto y libre, además de interfaz con Internet e interfaz gráfica.
9
2.3.1. Visión General
En la transmisión, una o más entradas, que contienen haz de datos o flujo de
transporte, definidas en el sistema MPEG-2, “se deben remultiplexar para crear un
único TS (Transport Stream). Ese TS debe ser sometido a la etapa de codificación de
canal múltiple, de acuerdo con la intención de servicio y debe ser enviado como una
señal OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) común. A continuación
se muestra un esquema general del sistema de transmisión” (ABNT-NBR15601,
2007).
Visión general del sistema de transmisión Figuara 1:
Fuente: ABNT NBR 15601 (Sistema de transmisión)
En la transmisión digital terrestre utiliza el entrelazado de tiempo “Time
Interleaving” para obtener una codificación con la menor tasa de errores para la
recepción móvil, en donde se hacen inevitables las variaciones de intensidad de
campo.
El espectro de la radiodifusión de televisión digital divide en 13 bloques OFDM
sucesivos, con cada segmento ocupando 1/14 del ancho de banda del canal de
televisión.
Un segmento OFDM tiene una configuración que permita la conexión de múltiples
segmentos para abastecer un ancho de transmisión que atienda a la necesidad del
medio.
En la entrada del sistema de transmisión las señales ya codificadas (audio y video) y
las de datos deben ser multiplexadas para luego ser moduladas, tal cual como se
muestra en el esquema general del sistema de transmisión (Figura 1).
10
2.3.2. Transmisión jerárquica
La codificación se realiza en unidades de segmento OFDM, además un canal de
televisión debe ser usado simultáneamente para el servicio de recepción fija y
móvil (transmisión jerárquica).
“Cada capa jerárquica consiste en uno o más segmentos OFDM, parámetros
como esquema de modulación de portadoras OFDM, tasa de código interno
y del entrelazado de tiempo pueden ser especificados para cada capa
jerárquica. Hasta tres capas jerárquicas pueden ser definidas. Un segmento
puede ser usado para recepción parcial, siendo también considerada como
capa jerárquica” (ABNT-NBR15601, 2007).
El número de parámetros de codificación y el de segmentos de cada capa jerárquica
pueden ser configurados por el radiodifusor. La señal TMCC (Transmission and
Multiplexing Configuration Control) contiene la información de control e
informaciones necesarias para ayudar al receptor en la identificación de los modos de
operación.
Diagrama en bloques del sistema de transmisión. Figuara 2:
Fuente: ABNT NBR 15601 (Sistema de Transmisión)
2.3.3. Recepción parcial
El segmento central del espectro, que consiste en 13 segmentos, puede ser
sometido al proceso de entrelazamiento de frecuencia sin la participación de las
demás porciones del espectro de radiodifusión. Es por esto que se puede crear
11
un servicio portátil (one-seg), que consiste en una de las capas del servicio de
televisión.
Espectro de frecuencia del canal de TV Figuara 3:
Fuente: ABNT NBR 15601 (Sistema de Transmisión)
2.3.4. Modos
Para garantizar una buena recepción y permitir la operación de acuerdo con la
distancia entre las estaciones de una red de frecuencia única, a pesar de las
variaciones del canal como consecuencia del efecto de Doppler de la señal de
recepción móvil, es posible seleccionar entre tres opciones de separación de
portadoras OFDM. Estas tres separaciones se identifican como modos del sistema.
La separación en frecuencia es de aproximadamente 4KHz, 2KHz, ó 1KHz, para los
modos 1, 2, y 3 respectivamente. La tasa útil de cada modo es exactamente igual
para cada modo, pero el número de portadoras varía dependiendo del modo.
2.3.5. Innovaciones de ISDB-Tb
Entre las innovaciones de este sistema se destacan, el empleo de sistemas MIMO
(Multiple-input Multiple-output), con dos antenas de transmisión, con el objetivo que
en un futuro cercano puedan existir también múltiples antenas de recepción, para de
esta forma contar con un sistema más robusto que soporte condiciones desfavorables
de propagación y cuando se presenten receptores móviles.
12
2.3.5.1. Codificación MPEG-4 (H.264/AVC)
H.264 es el resultado de un proyecto conjunto entre el Grupo de Expertos en
Codificación de Video (ITU-T) y el ISO/IEC Grupo de Expertos en Imágenes
(MPEG). H.264 es el nombre usado por la ITU-T, mientras que la ISO/IEC lo llama
MPEG-4 parte 10/AVC. Está diseñado con el objetivo de abordar algunos puntos
débiles existentes en las anteriores normas de compresión de video, H.264 ofrece:
Implementaciones que entregan una reducción en la tasa de bit del 50%,
proporcionando una calidad de video mejorada en comparación con cualquier
otro estándar de video.
Los errores de transmisión sobre varias redes son tolerados.
Capacidades de latencia baja y mejor calidad para una mayor latencia.
Sintaxis sencilla que simplifica las implementaciones.
Decodificación exacta, la cual define la forma en la cual los cálculos
numéricos son realizados por un codificador y un decodificador para evitar la
acumulación de errores.
H.264 tiene flexibilidad y soporta una amplia variedad de aplicaciones con diferentes
requerimientos de tasa de bit. Por ejemplo, en una aplicación de un video de
entretenimiento (que incluye radiodifusión, satélite, cable y DVD) H.264 será capaz
de entregar un desempeño de entre 1 a 10 Mbps con alta latencia, mientras que para
los servicios de telecomunicaciones, H.264 puede entregar tasas de bit por debajo de
1 Mbps con baja latencia.
Básicamente H.264 es una norma que define un código de video de alta compresión,
capaz de proporcionar una imagen de buena calidad con tasas binarias
considerablemente inferiores a los estándares anteriores (MPEG-2, H.263 o MPEG-4
parte 2), además de no incrementar la complejidad de su diseño.
2.3.5.2. Códec de video
El códec MPEG-4 presenta muchas mejoras con respecto a MPEG-2: mejor
estimación de movimiento y filtraje de desbloqueo, además que se pueden hacer
composiciones de video sobre un fondo en tiempo real.
13
También MPEG-4 ofrece mejores características frente a bajos flujos de datos,
comunes de la web. A diferencia de los otros códecs para la web, MPEG-4 soporta
interleaving, resoluciones de hasta 4096 x 4096 y un flujo de datos entre 5 kbps y 10
Mbps en la primera versión. Teóricamente, MPEG-4 ofrece desde un ancho de banda
muy bajo (telefonía móvil) hasta HDTV (high definition televisión). MPEG-4
duplica o triplicar el número de canales disponibles sobre el ancho de banda
existente, al igual que permite interactividad.
2.3.5.3. Interleaving
En la primera versión del sistema brasileño, donde el código LDPC (Low Density
Parity Check) tenía un tamaño de 39168 bits, se utilizó interleaving luego del
codificador LDPC, con el fin de reducir el efecto de memoria de canal y de esta
manera incrementar la inmunidad del sistema al ruido impulsivo. Se realizaron una
serie de pruebas para determinar la profundidad del entrelazamiento, cuyo propósito
era conseguir que la inmunidad al ruido impulsivo del sistema fuera la adecuada.
Finalmente, se determinó que la profundidad tenía que ser mínimo cuatro bloques
LDPC. Se probaron dos tipos de interleaving: el Helicoidal y el Matricial (fila-
columna), de los cuales fue escogido el segundo.
“También se realizó el cambio de localización del entrelazador, el mismo que fue
ubicado entre el codificador RS (Reed-Solomon) y el codificador LDPC, permitiendo
que sean entrelazados símbolos RS procedentes de cuatro palabras- código LDPC
para modulación QPSK, ocho palabras-código LDPC para modulación 16-QAM y
doce palabras-código LDPC, para modulación 64-QAM” (ABNT-NBR15601, 2007).
El código RS (Reed-Solomon) se aplica por bloques a grupos de 188 bytes, en donde
1 byte se utiliza para la sincronización y los 187 bytes restante del bloque para los
datos, por último le agrega 16 bytes que son utilizados para la paridad, resultando
con esto palabras codificadas de 204 bytes. El RS puede corregir hasta 8 bytes
aleatorios erróneos entre 204 bytes.
2.3.5.4. Código combulucional (FEC)
La corrección de errores hacia adelante (en inglés, Forward Error Correction o
FEC) es un tipo de mecanismo de corrección de errores que permite su corrección en
14
el receptor sin retransmisión de la información original. Se utiliza en sistemas sin
retorno o sistemas en tiempo real donde no se puede esperar a la retransmisión para
mostrar los datos.
La posibilidad de corregir errores se consigue añadiendo al mensaje original unos
bits de redundancia. La fuente digital envía la secuencia de datos al codificador
(modulador), encargado de añadir dichos bits de redundancia. A la salida del
codificador obtenemos la denominada palabra código. Esta palabra código es enviada
al receptor y éste, mediante el decodificador adecuado y aplicando los algoritmos de
corrección de errores, obtendrá la secuencia de datos original.
En el estándar ISDB-Tb, usa la codificación convolucional, en el cual los bits se van
codificando tal y como van llegando al codificador. Cabe destacar que la
codificación de uno de los bits está enormemente influenciada por la de sus
predecesores.
“La tasa de bit en ISDB-Tb es siempre de 1/2, pero puede ser ajustado para 1/2, 2/3,
3/4, 5/6 o 7/8. Los números de ajuste representan cuántos de los bits duplicados serán
aprovechados. A mayor redundancia, más inmunidad al ruido pero menor tasa de
transferéncia” (ABNT-NBR15601, 2007).
2.3.6. Transport stream (TS)
“El transport stream o flujo de transporte es un formato especificado en MPEG-2
cuyo objetivo es multiplexar el video, el audio y los datos, y sincronizarlos para
obtener un solo flujo de transporte” (Loyola, 2012).
Para obtener el transport stream, primero, se comprimen las señales de audio y video
y se da formato a los datos, formando el ES (Elementary Stream) de cada una de las
3 señales; posteriormente, se crean tramas de datos de longitud variable PES (Packet
Elementary Stream) y finalmente se lleva a cabo un primer nivel de multiplexación
para combinar el audio, video y datos en un solo flujo de paquetes de longitud
constante, 188bytes, que es el transport stream de un solo programa.
15
Para la multiplexación de varios programas en un TS se usa un segundo nivel de
multiplexación; por ejemplo, para multiplexar un canal one-seg, un SD, un HD, los
datos y la interactividad.
El proceso para obtener el transport stream se muestra en la Figura 4:
Transport stream para ISDB-Tb Figuara 4:
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
En primer lugar se comprimen el audio, video y los datos, se forman los ES, luego se
crean las tramas PES de video (PES V-1, PES de video 1), audio (PES A-1, PES de
audio 1) y datos (PES D-1, PES de datos 1). Una vez obtenidos los PES se procede a
multiplexarlos para obtener el TS#1 (TS del programa 1). Para multiplexar varios
programas, TS#2 en azul, TS#3 en naranja, o n programas, se utiliza un segundo
nivel de multiplexación para tener un solo flujo de transporte.
2.3.7. Broadcast transport stream (BTS)
Debido a que MPEG-2 no fue diseñado para la transmisión en capas jerárquicas y
transmisión en modo parcial, los desarrolladores del estándar ISDB-T adaptaron el
transport stream para la transmisión en capas jerárquicas y recepción parcial,
utilizando la re-multiplexación. La re-multiplexación consiste en la utilización de un
re-multiplexor, que se encarga de multiplexar diferentes servicios y agregar a los TS
16 bytes, posibilitando la transmisión en capas jerárquicas y en modo parcial.
16
En este proceso se forman nuevos paquetes denominados TSP (Transport
Stream Packet) de longitud 204 bytes (188 bytes del TS más los 16 bytes
añadidos).
En los 16 bytes se agrega la siguiente información: indicador de capa
jerárquica, contador de TSP, cabecera de cuadro, información auxiliar, entre
otros.
A la salida del re-multiplexor se tiene un flujo sincrónico denominado BTS,
de tasa constate de 32,5079Mbps; para mantener la tasa de 32,5079Mbps, el
re-multiplexor puede añadir TSP nulos ((DiBEG), 2007).
En la Figura 5 se muestra cómo ingresan los TS al re-multiplexor, en éste se agregan
los 16 bytes, formando los paquetes TSP, luego se los posiciona y dispone, TSP-C,
TSP-A, etc. Para la transmisión del BTS; a continuación el BTS entra en el separador
de canales, descarta los TSP nulos y envía cada TSP a la capa jerárquica
correspondiente, ahí se modulan las portadoras y se aplica el código convolucional.
Broadcast transport stream para ISDB-Tb Figuara 5:
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
2.3.8. Tecnología De Multiplexación
Según algunos autores, “para la multiplexación de las señales, ISDB-T y por
consecuencia ISDB-Tb utilizan los sistemas MPEG-2. Esta tecnología multiplexa los
streams individuales, de audio, video y datos, y los sincroniza para que puedan ser
17
reproducidos. El sistema MPEG-2 considera dos tipos de streams: program streams
(PS) y transport streams (TS)” ((DiBEG), 2007).
Los MPEG-2 Program Stream (PS), son el resultado de combinar uno o más PES
(Packetized Elementary Streams), los cuales forman un único stream con una base de
tiempo común. El codificador de video MPEG, al igual que el codificador de audio
generan un video elementary stream y un audio elementary steam, respectivamente.
Antes de ser multiplexados, los elementary streams son paquetizados para formar un
Video PES y un audio PES.
El MPEG-2 Transport Stream (TS) combina uno o más PES con una o más bases de
tiempo independientes en un único stream.
Esquema de los Sistemas MPEG-2 Figuara 6:
Fuente: Digital Broadcasting Expert Group (DiBEG)
En la Figura 6 se indica el proceso de multiplexación, el cual inicia con la
codificación del audio y del video, los mismos que originalmente de acuerdo al
estándar brasileño emplean la codificación H.264 o MPEG-4 parte 10 y HE-AAC
respectivamente. Tanto el audio como el video son codificados al sistema MPEG-2
debido a que la multiplexación y la generación del TS (transport stream) se realizan
bajo este sistema. En la parte de recepción se tiene un set-top box que en la última
etapa posee un decodificador que convierte nuevamente todos los streams
elementales a su formato original para su visualización.
18
2.3.8.1. Packetized Elementary Stream (PES)
“En MPEG todos los elementary streams son primero paquetizados en
paquetes de longitud variable, llamados PES. Los paquetes que tienen una
longitud de 64 kbytes, empiezan con una cabecera de 6 bytes como mínimo,
los primeros 3 bytes de la cabecera forman el “start code prefix”, el mismo
que siempre está formado por el código 00 00 01 y es utilizado para identificar
el comienzo de un paquete PES. El siguiente byte, después del código de
inicio es el “stream ID”, el cual describe el tipo de elementary stream que se
encuentra en el payload, es decir, indica si el stream es de audio, video o
datos.
Después de los 6 bytes que conforman la cabecera, se transmite una “cabecera
PES opcional”, la cual es una extensión de la cabecera PES y es adaptada a
los requerimientos del elementary stream que está siendo transmitido. Esto es
controlado a través de 11 banderas que se encuentran en un total de 12 bits
en la cabecera opcional PES. Estas banderas indican cuales componentes están
presentes actualmente en los “campos opcionales” en la cabecera opcional
PES y cuáles no lo están. Los campos opcionales contienen, entre otras cosas,
el PTS (Presentation Time Stamps) y el DTS (Decoding time stamps), los
cuales son muy importantes para la sincronización de video y audio. A
continuación de la cabecera PES, se transmite la carga actual o payload del
elementary stream, la cual puede usualmente tener una longitud de 64 kbytes
o ser mayor en algunos casos especiales, y adicionalmente se tiene la cabecera
opcional. En la Figura 8, se indica la estructura del paquete PES.
En MPEG-2, el objetivo es lograr tener 6, 10 o hasta 20 programas
independientes de televisión o radio para formar una señal común de datos
MPEG-2 multiplexada. Esta señal de datos es luego transmitida vía satélite,
cable o enlaces de transmisión terrestre. Para conseguir esto, la longitud de los
paquetes PES son adicionalmente divididos en pequeños paquetes de longitud
constante. Desde los paquetes PES, se toman las secciones o piezas necesarias
para alcanzar 184 bytes de longitud y además se añaden otros 4 bytes para la
cabecera, construyendo de esta forma paquetes con una longitud de 188 bytes,
19
los mismos que son llamados “transport stream packets” que luego serán
multiplexados” ((DiBEG), 2007).
Formación de los Paquetes TS Figuara 7:
Fuente: Digital Broadcasting Expert Group (DiBEG)
Paquetes PES Figuara 8:
Fuente: Digital Broadcasting Expert Group (DiBEG)
20
Para realizar la multiplexación, primero los paquetes TS de un programa son
multiplexados juntos, un programa puede estar conformado por una o más señales de
video y audio. Los streams de datos multiplexados de todos los programas son
multiplexados nuevamente y combinados para formar un solo stream de datos
completo, el cual es denominado “MPEG-2 transport stream”.
Un “MPEG-2 transport stream” contiene los paquetes de transport stream, cada uno
con 188 bytes de longitud, de todos los programas con todas las señales de video,
audio y datos correspondientes. Dependiendo de las tasas de transmisión de datos,
los paquetes de uno o de otro elementary stream ocurrirán con mayor o menor
frecuencia. Para cada programa existe un codificador MPEG, el cual codifica todos
los elementary streams, genera una estructura PES y luego paquetiza estos paquetes
PES en paquetes de tipo TS. La tasa de transmisión de datos para cada programa es
generalmente de 2 a 7 Mbps pero la tasa total para video, audio y datos puede ser
constante o variable de acuerdo con el contenido del programa. Esto es denominado
“multiplexación estadística”.
Paquetes MPEG-2 Transport Stream multiplexados Figuara 9:
Fuente: Digital Broadcasting Expert Group (DiBEG)
Luego, los transport streams de todos los programas son combinados en un stream de
datos MPEG-2 multiplexados para formar un transport stream total (Figura 9), el cual
puede tener una tasa de transmisión de hasta 40 Mbps aproximadamente, debido a
que en un transport stream existen 6, 8, 10 o 20 programas. Las tasas de transmisión
de datos pueden variar durante la transmisión porque la tasa total tiende a
permanecer constante. Además, un programa puede contener video y audio,
solamente audio o solo datos, debido a esto la estructura es muy flexible y puede
21
cambiar durante la transmisión. Para lograr determinar la estructura actual del
transport stream durante la decodificación, este lleva unas listas que describe la
estructura, denominadas “tablas”.
El paquete MPEG-2 Transport Stream
“El MPEG-2 transport stream está conformado de paquetes que poseen una
longitud constante, esta longitud es siempre igual a 188 bytes, con 4 bytes de
cabecera y 184 bytes de payload. El payload contiene el video, audio y datos en
general, mientras que la cabecera contiene numerosos ítems que son importantes
para la transmisión de los paquetes. El primer byte de la cabecera es el “sync
byte”, el cual tiene un valor de 47ℎ𝑒𝑥 (0x47) y tiene un lugar asignado dentro
del transport stream” ((DiBEG), 2007).
MPEG-2 Transport Stream Packet Figuara 10:
Fuente: Digital Broadcasting Expert Group (DiBEG)
“El sync byte es utilizado para la sincronización de los paquetes del transport
stream. De acuerdo con MPEG, la sincronización en el decodificador ocurre
después de que cinco paquetes de transport stream han sido recibidos. Otro
componente importantes el “identificador de paquete” o PID, cuya longitud es
de 13 bits y que en combinación con tablas indica el tipo de elementary
stream o contenido que se tiene.
El siguiente bit después del bit de sincronización es el “indicador de errores
de transporte”. Con este bit, los paquetes de transport stream son etiquetados
como “con error” después de su transmisión” ((DiBEG), 2007).
22
2.3.8.2. Información necesaria para el receptor
“Existen algunos componentes del transport stream que son necesarios para el
receptor. El MPEG-2 transport stream es una señal completamente asincrónica
y sus contenidos ocurren en una forma puramente randómica o en función de los
slots de tiempo individuales. No existe una regla determinada para conocer la
información que contiene el siguiente paquete de transport stream. Por otro
lado, el decodificador y cada elemento en el enlace de transmisión bloquean la
estructura del paquete. El PID (packet identifier) puede ser utilizado para
descubrir lo que está siendo transmitido en el respectivo elemento. Cada paquete
transport stream primero es analizado en el receptor” ((DiBEG), 2007).
PAT y PMT Figuara 11:
Fuente: Digital Broadcasting Expert Group (DiBEG)
23
2.3.8.3. Sincronización para el Transport Stream
Cuando la entrada del codificador MPEG-2 es conectada a un MPEG-2
transport stream, primero se bloquea o encriptar el transport stream para que
no se pueda determinar la estructura del paquete. El decodificador, por lo
tanto, busca los bytes de sincronización en el transport stream, los cuales
siempre tienen el valor de 0x47 y siempre aparecen en intervalos constantes de
188 bytes. Estos dos factores juntos, el valor constante de 0x47 y el
espaciamiento constante de 188 bytes, son utilizados para la sincronización. Si
un byte que tiene el valor de 0x47 aparece, el decodificador examinará el
número de posiciones que existen antes de este byte y después del mismo con
el fin de encontrar la presencia de otro sync byte. Si el número de posiciones
antes y después del byte es igual a 188 bytes, este es un byte de
sincronización. De caso contrario, este es simplemente alguna palabra de
código de 0x47, lo cual también ocurre frecuentemente. La sincronización
ocurre después de transmitir 5 paquetes transport stream.
La actual estructura del programa
El número y la estructura de los programas transmitidos en el transport stream
son flexibles y abiertos. El transport stream puede contener un programa con
un elementary stream de video y audio, o también puede tener 20 programas o
más, algunos solo de audio, otros con video y un número de señales de audio.
Por este motivo, es necesario incluir ciertas listas que describen la estructura
que se tiene en ese instante. Estas listas son denominadas “información
específica de programa” o PSI, las mismas que son tablas ocasionalmente
transmitidas en la parte de payload.
La primera tabla es la “Tabla de asociación de programa” (PAT). Esta tabla se
presenta una vez por transport stream pero es repetida cada 0.5 segundos.
Además, indica cuantos programas se encuentran en el transport stream. Los
paquetes TS que contengan esta tabla tienen el valor de cero como
identificador de paquete (PID) y de esta forma puede ser identificada
fácilmente. En la parte de payload de la tabla de asociación de programa
(PAT), se transmite una lista de PIDs especiales. Estos PIDs son punteros, que
24
señalan a otra parte donde se encuentra la información que describe cada
programa así como también contiene más detalles acerca del mismo. Apuntan
a otras tablas denominadas “Tablas de mapa de programa” (PMT), las cuales
son paquetes especiales del transport stream que tienen un payload y PID
especial.
Los PIDs de los PMTs son transmitidos en el PAT. Por ejemplo, si se
selecciona el programa No. 3, el PID 3 es seleccionado en la lista de todos los
PIDs contenidos en la parte de payload en el PAT. Así también, si es 0x1FF3,
el decodificador busca los paquetes TS que tengan PID= 0x1FF3 en su
cabecera. Después de esto, se dirigen a la tabla de mapa de programa donde se
encuentran todos los PIDs que indican los elementary streams que están
contenidos en el programa.
Tablas de señalización en MPEG-2
Debido a que los usuarios tienen múltiples programas para elegir en un solo
transport stream, un decodificador es capaz de ordenar rápidamente y acceder
al video, audio y datos de los programas” ((DiBEG), 2007).
Tablas PSI Tabla 1.
TABLAS PSI PID
Tabla de asociación de
programa (PAT)
Un directorio raíz para el transport stream, la tabla
proporciona el valor PID para los paquetes que
contenga el PMT asociado con cada programa.
0x0000
Tabla de acceso condicional
(CAT)
Esta tabla proporciona el valor PID para los paquetes
que contengan el "Entitlement Management Messange
(EMM)". Los EMMs actualizan las opciones de
subscripción o derecho de pay-per-view para cada
subscriptor.
0x0001
Tabla de mapeo de programas
(PMT)
El PMT lista los valores PID para los paquetes que
contengan programación de video, audio, referencia
de reloj, y componentes de datos. También realiza
una lista de los valores PID para cada "Entitlement
Control Messenge" (ECM), permiten decodificar el
audio, video y datos para presentar un programa
Se
encuentra
en el PAT
Fuente: Digital Broadcasting Expert Group (DiBEG)
25
Las tablas PSI actúan como tablas de contenidos, proporcionando los datos
necesarios para encontrar cada programa y presentarlo al espectador. Estas tablas le
ayudan al decodificador a localizar el audio y video de cada programa, así como
también en la verificación de los derechos de acceso condicional (CA). Las tablas
PSI se repiten frecuentemente para soportar el acceso randómico requerido por el
decodificador cuando se sintoniza o se cambia de canal.
Accediendo a un programa
“Después de que los PIDs de todos los elementary streams contenidos en el
transport stream han sido conocidos a través de la información que se encuentra
en el PAT y en las PMTs y además cuando un usuario a solicitado un programa,
un stream de video y audio, se definen dos PIDs: el PID para la señal de video a
ser decodificada y el PID para la señal de audio a ser decodificada. El
decodificador MPEG-2, cuando la petición realizada por el usuario por medio
del set-top box es identificada, solo estará interesado en los paquetes de la
programación solicitada. Asumiendo que el PID de video sea igual a 0X100 y el
PID de audio 0X110 se procederá de la siguiente manera: en el proceso de
demultiplexación, todos los paquetes TS con 0x100 serán reunidos en paquetes
PES de video y entregados al decodificador de video. De igual manera, los
paquetes de audio con valor 0x110 serán reunidos para formar paquetes PES, los
cuales serán entregados al decodificador de audio. Si los elementrary streams no
se encuentran mezclados, pueden ser decodificados directamente” ((DiBEG),
2007).
Accediendo a un programa por medio de los PIDS de video y audio Figuara 12:
Fuente: Digital Broadcasting Expert Group (DiBEG)
26
2.4. Propagación en espacio libre
En el presente subcapítulo se describe de manera resumida los fundamentos de la
radio propagación troposférica y los factores que afecta a ésta necesarios para
comprender el funcionamiento del software de predicción de coberturas WinRPT.
2.4.1. Modos de propagación
En la mayoría de los modelos de radiofrecuencia, es suficiente visualizar las ondas
electromagnéticas como un rayo (el vector de Poynting) en la dirección de
propagación. Esto se denomina modelo de rayos y se basa en que las ondas esféricas
que se emiten en la realidad, se pueden aproximar por ondas planas en el campo
lejano. El rayo tiene la dirección del vector de propagación de la onda plana, y los
campos E y H son ortogonales a éste. Este modelo es muy útil en campo lejano, pero
no aplicable en casos de campo cercano. En nuestro caso trabajaremos siempre en
campo lejano.
“Atendiendo a si dicho rayo tiene visibilidad directa entre el transmisor y el receptor
se pueden distinguir dos modos de propagación: LOS y NLOS” (Seybold, 2005).
2.4.1.1. LOS
“En el modo de propagación Line Of Sight (LOS) o (línea de vista) en castellano, el
transmisor y el receptor se ven y la limitación teórica, en espacio libre, viene dada
por la curvatura de la Tierra. La distancia máxima teórica es el horizonte
radioeléctrico (Antonio, 2009).
Horizonte radioeléctrico Figuara 13:
Fuente: Introduction to RF Propagation
27
Para definir el horizonte radioeléctrico, se tiene en cuenta la curvatura de la Tierra.
El modelo más simple es tratarla como una esfera cuyo radio, es el radio ecuatorial.
De simple geometría:
ℎ
ℎ ℎ (2.1)
Y finalmente,
Dado que ℎ ℎ .
√ ℎ (2.2)
El radio de la Tierra es aproximadamente de 6378 km, en el Ecuador. La atmósfera
curva las ondas de radiofrecuencia horizontales hacia abajo debido a la variación de
la densidad atmosférica con la altura, en particular de la troposfera.
Efecto de la troposfera sobre la onda radioeléctrica Figuara 14:
Fuente: Introduction to RF Propagation
La forma de corregir esta curvatura es usar una aproximación en la cual se multiplica
el radio real por un factor ⁄
Modelo de K=4/3 del radio terrestre. Figuara 15:
Fuente: Introduction to RF Propagation
28
Este método es utilizado por el modelo de propagación Longley-Rice, utilizado en
este proyecto con el software de predicción de cobertura.
Por tanto,
Sustituyendo,
√ ℎ √
ℎ
Se obtiene,
√ℎ (2.3)
con d en Km y h en metros, d es la distancia hasta el horizonte radioeléctrico. Esta
aproximación nos proporciona un método rápido para el horizonte radioeléctrico para
cada antena. La suma de las dos distancias da el enlace LOS máximo teórico entre
dos antenas.
2.4.1.2. NLOS
“En el modo de propagación Non Line Of Sight (NLOS) o fuera de línea de vista el
camino entre transmisor y receptor está parcialmente obstruido” (Antonio, 2009).
Los mecanismos de propagación en este modo varían considerablemente según la
frecuencia de operación. A frecuencias UHF (Ultra Hight Frequency) como es el
caso que nos concierne, se utiliza a menudo este tipo de propagación ya que un
enlace LOS puede no existir en este caso.
En ausencia de un camino LOS, los modos dominantes de propagación son:
la difracción: fenómeno por el cual las ondas electromagnéticas se
"doblan" en los bordes de los obstáculos.
la refracción: fenómeno por el cual las ondas se doblan por la no
homogeneidad del medio (el aire).
29
el multitrayecto: efecto de las reflexiones desde diferentes obstáculos
presentes a lo largo del trayecto que resultan en distintas copias de la
onda llegando con fases distintas.
La eficacia de la propagación indirecta o propagación con obstrucción depende del
margen de seguridad que se haya dado al enlace (link margin) y a la fuerza de las
señales difractadas o relejadas.
A frecuencias altas (HF), mucho más bajas que las que estamos estudiando, las ondas
de radio pueden atravesar edificios y zonas con densa vegetación. Sin embargo, a las
frecuencias que nos interesan (UHF), las ondas pueden atravesar los edificios y la
vegetación, pero en mucho menor grado, y las ondas tendrán una gran tendencia a
difractarse o reflectarse/dispersarse (sufrir scattering) en los objetos que se encuentre
en su camino.
En el trabajo que se desarrolla en esta tesis para área de cobertura, se intentará
conseguir enlaces LOS, que presenten una obstrucción lo menor posible.
2.4.2. Zona de Fresnel
“En comunicaciones por radio o inalámbricas, la zona de Fresnel es una zona de
despeje adicional que hay que tener en consideración además de existir una
visibilidad directa entre la antena receptora y la transmisora” (Apolo, 2007).
Zona de fresnel Figuara 16:
Fuente: Diseño de la Red Inalámbrica
Este factor deriva de la teoría de ondas electromagnéticas respecto de la expansión de
las mismas al viajar en el espacio libre. Esta expansión resulta en reflexiones y
cambios de fase al pasar sobre un obstáculo. El resultado es un aumento o
30
disminución en el nivel de intensidad de señal recibido. Las zonas de Fresnel
representan regiones sucesivas donde ondas secundarias tienen una trayectoria de
transmisor a receptor que es nλ/2 mayor que el tamaño total de la trayectoria si
hubiese línea de vista óptica. La Figura 16 muestra un plano transparente ubicado
entre el emisor y el receptor.
La sección transversal de la primera zona de Fresnel es circular. Las zonas
subsecuentes de Fresnel son anulares en la sección transversal, y concéntricas con las
primeras. El concepto de las zonas de Fresnel se puede también utilizar para analizar
interferencia por obstáculos cerca de la trayectoria de la señal de radio. La
obstrucción máxima permisible para considerar que no hay obstrucción es el 40% de
la primera zona de Fresnel, considerándose como Línea de vista (LOS), el caso
contrario cuando las obstrucciones son más significativas es considerado como sin
línea de Vista (NLOS).
La n-ésima zona de Fresnel es la región dentro de un elipsoide definido por el lugar
de los puntos donde la distancia (a+b) es mayor n/2 veces la longitud de onda, que el
camino directo entre el transmisor y el receptor . Por tanto, el radio de la n-
ésima zona de Fresnel resulta de aplicar la siguiente condición:
Asumiendo que , se considera la siguiente aproximación como buena:
√
(2.4)
Las zonas de Fresnel contienen la mayor parte de la energía de la onda
electromagnética que se propaga en la onda. Las contribuciones dentro de la primera
zona de Fresnel están todas en fase, por tanto, cualquier obstrucción absorbente que
no entre en esta zona, tendrá un efecto muy pequeño en la señal recibida.
Se puede demostrar que cuando la primera zona de Fresnel está despejada en un
60%, la atenuación sufrida por la onda será prácticamente la misma que en el caso de
31
que no haya obstrucción ninguna. Se llama "despejamiento" (clearance, en inglés), a
la distancia entre el rayo directo y el obstáculo.
Obstrucción máxima permitida en la primera zona de Fresnel. Figuara 17:
Fuente: Diseño de la Red Inalámbrica
Por tanto, aun estando en el modo LOS, si se obstruye mediante el suelo o cualquier
obstáculo el primer elipsoide de Fresnel en más de un 40%, se incluirán pérdidas por
difracción.
2.4.3. Mecanismos básicos de propagación
2.4.3.1. Reflexión
Ocurre cuando la señal rebota en un obstáculo de dimensiones muchos mayores que
la longitud de la onda incidente; al sumarse con la señal original da lugar a
fenómenos de multitrayecto que se traducen en superposición de señales que se
suman considerando la fase.
La expresión más común para la reflexión es el coeficiente de reflexión de Fresnel
que es válido para un límite infinito entre dos medios, por ejemplo: aire y concreto;
depende de la polarización y de la longitud de onda del campo de la onda del
incidente y de la constante dieléctrica y de la conductividad de cada medio. El uso
del coeficiente de reflexión de Fresnel es muy popular en herramientas software para
simulaciones.
Este mecanismo se utiliza principalmente para modelar la reflexión de la superficie
de tierra y de las paredes de los edificios; se ha utilizado para interpretar medidas en
algunos ambientes particulares tales como zonas densas con edificios altos en el
32
centro de ciudades, micro- células, ambientes indoor y para macro escenarios,
haciendo referencia a reflexiones cerca del móvil.
“La reflexión sobre superficies lisas es llamada reflexión especular, mientras que la
ocurre sobre superficies irregulares se denomina reflexión difusa (Lambertiana)”
(Physics, 1996).
Reflexión especular y reflexión difusa Figuara 18:
Fuente: The Physics Classroom
2.4.3.2. Difracción
Ocurre cuando la trayectoria entre transmisor y receptor se encuentra un obstáculo
opaco de dimensiones considerablemente mayores que la longitud de onda de la
señal. A frecuencias altas, la difracción, como la reflexión, depende de la geometría
del objeto, así como de la amplitud, fase y polarización de la onda incidente en el
punto en que se difracta. “El fenómeno de difracción se rige por el principio de
Huygens (Figura 19), donde cada elemento de un frente de onda en un instante de
tiempo puede ser considerado como el centro de una fuente secundaria, lo cual
ocasiona nuevas ondas esféricas y un frente de onda conformado por la suma de las
mismas” (Camargo, 2009).
Principio de Huygens Figuara 19:
Fuente: Simulación de Zonas de Fresnel
33
2.4.3.3. Absorción
La absorción de las ondas electromagnéticas al viajar por el aire es debido a que el
aire no es un vacío, sino que está formado por átomos y moléculas de distintas
substancias gaseosas, líquidas y sólidas. Estos materiales absorber energía de las
ondas electromagnéticas causando pérdidas por absorción. Cuando la onda
electromagnética se propaga a través de la atmósfera terrestre, se transfiere energía
de la onda a los átomos y moléculas atmosféricos.
“Otra causa de este tipo de pérdidas son las ocasionadas por los efectos atmosféricos,
tales efectos no son tenidos en cuenta al momento de modelar a bajas frecuencias; sin
embargo se consideran con importancia cuando se trabajan en frecuencias superiores
a los 60 GHz” (Vila, 2005).
2.4.3.4. Dispersión
La señal que se recibe en un ambiente de radio móvil, es en realidad, más fuerte de lo
que se predice con los modelos de difracción o reflexión. Esto se debe a que cuando
una señal pega en un obstáculo irregular, la energía reflejada se esparce en diferentes
direcciones debido al fenómeno de dispersión, tal como se observa en la Figura 20.
Objetos tales como postes de luz o árboles, tienden a esparcir la energía en todas las
direcciones, por lo que generan más energía en el punto de recepción. El grado de
dispersión depende del ángulo de incidencia y de la rugosidad de la superficie
comparada con la longitud de onda (Figura 20).
Efectos de una superficie rugosa en la reflexión, causa dispersión. Figuara 20:
Fuente: The Physics Classroom
Las superficies planas, cuya dimensión es mayor a la de la longitud de onda, pueden
ser modeladas como superficies reflectoras. Sin embargo, las irregularidades de este
tipo de superficies por lo general inducen efectos de propagación diferentes a la
reflexión especular. Las irregularidades del terreno son medidas con el criterio de
34
Rayleigh que define una altura crítica (hc) de protuberancias en la superficie para un
ángulo de incidencia dado θi, como se observa en la siguiente ecuación.
ℎ
(2.5)
Una superficie se considera lisa si la altura de su protuberancia máxima h, es menor a
hc. Para superficies irregulares, el coeficiente de reflexión de superficie lisa debe ser
multiplicado por el factor de pérdidas de dispersión, ρs, para atenuar el campo
obtenido mediante la reflexión.
2.4.3.5. Refracción
Cuando una onda electromagnética es transmitida, el efecto que produce la atmósfera
en ella, es el de curvarla hacia la tierra, alcanzando así distancias superiores a la de
visión directa. Este fenómeno es debido a que el comportamiento normal de la
atmósfera terrestre es que disminuya su índice de refracción con la altura.
Debido a que normalmente se representa el camino de propagación como una línea
recta, para simular el fenómeno de refracción se modifica el radio de la superficie
terrestre para alcanzar así un 15 % más de distancia.
2.4.3.6. Atenuación por vegetación
En algunas ocasiones, la atenuación producida por la vegetación puede ser
importante, tanto en los sistemas terrenales como en los sistemas Tierra-espacio.
Pero la gran diversidad de condiciones y tipos de follaje dificultan la elaboración de
un procedimiento de predicción general. Además, no existen suficientes datos
experimentales verificados.
En la Figura 21 se muestran los valores típicos de atenuación específica que fueron
obtenidos a partir de diferentes mediciones en la gama de frecuencias de 30 MHz a
30 GHz aproximadamente en zona boscosa. “Por debajo de 1 GHz las señales
polarizadas verticalmente tienen tendencia a experimentar una atenuación superior a
la que experimentan las polarizadas horizontalmente, aunque esto es generado por la
dispersión causada por los troncos de los árboles” ((UIT), UIT-R P.833-6, 2007).
35
Atenuación especificada en zona boscosa Figuara 21:
Fuente: UIT-R P.833-6 -Atenuación debida a la vegetación.
2.4.3.7. Atenuación por lluvia
Tabla de atenuación por lluvia Tabla 2.
Fuente: Recomendación UIT-R P.838-3
36
“La atenuación especifica por lluvia (f > 6GHz, se obtiene a partir de la
intensidad de lluvia R (mm/h)” ((UIT), UIT-R P.530-13, 2009):
(2.6)
“En la Tabla 2 se indican los valores de k y α para polarizaciones horizontales y verticales y
trayectos verticales. Para frecuencias entre los valores dados se usa interpolación” ((UIT),
UIT-R P.838-3, 2005).
2.4.4. Modelos de propagación
Los modelos de propagación predicen la perdida por trayectoria que una señal de RF
pueda tener entre una estación base y un receptor. Un modelo de propagación es un
conjunto de expresiones matemáticas, diagramas y algoritmos usados para
representar las características de radio de un ambiente dado. Generalmente los
modelos se pueden clasificar en empíricos o estadísticos, teóricos o determinísticos o
una combinación de estos dos. Los modelos empíricos se basan en mediciones y los
modelos teóricos se basan en los principios fundamentales de los fenómenos de
propagación de ondas de radio.
“El desempeño de los modelos de propagación se mide por la veracidad de
los resultados en comparación con medidas de campo reales. La aplicabilidad
de un modelo depende de varios factores como son: el tipo de terreno
(montañoso, ondulado, liso), las características del ambiente de propagación
(área urbana, suburbana, abierta), características de la atmósfera (índice de
refracción, intensidad de las lluvias), propiedades eléctricas del suelo
(conductividad terrestre), tipo del material de las construcciones urbanas entre
otras” (García J).
Al modelar canales de radio teniendo en cuenta las características de la trayectoria
entre Tx y Rx, se obtiene la ventaja de poder conocer la viabilidad que puede tener
un proyecto que se desee desarrollar en determinados sectores, de esta manera se
puede hacer una estimación acerca de la especificaciones técnicas, necesidad, costos,
capacidad de los equipos requeridos y planificación de la red.
37
El programa de simulación de área de cobertura “Win RPT” utilizado en el presente
trabajo, utiliza la recomendación UIT-R P.526 como modelo de propagación, es por
esta razón que no se detalla los otros modelos de propagación existentes.
2.4.5. Recomendación UIT-R P.526
La Recomendación ITU REC.526 “Propagación por difracción”, es un modelo
determinístico, en el cual además de las pérdidas de espacio libre, incluye las
pérdidas adicionales debidas a la difracción de la señal en los diferentes obstáculos
que encuentra en la ruta entre el transmisor y el receptor. Los métodos descritos en
esta recomendación pueden incluir una superficie de la Tierra esférica, o terreno
irregular con diferentes tipos de obstáculos. “Las pérdidas por difracción son
calculadas según lo planteado por el método de J. Epstein y D.W. Peterson,
generalizado para el caso de cualquier número de obstáculos” (Antonio, 2009).
Cuando el terreno es muy irregular la señal encuentra uno o varios obstáculos, por lo
cual para estimar las pérdidas causadas por estos es necesario idealizar la forma de
los obstáculos, ya sea asumiendo un obstáculo filo de cuchilla o borde redondeado.
“La Recomendación UIT-R P.526, presenta varios modelos que evalúan el efecto de
la difracción en la intensidad de campo recibida. Los modelos se aplican a diferentes
tipos de obstáculos y a diversas geometrías de trayecto” ((UIT), UIT-R P.526-11,
2009). A continuación los gráficos y enunciados se basan explícitamente a la
recomendación mencionada.
2.4.5.1. Tipos de Terreno
Dependiendo del tamaño de las irregularidades del terreno, pueden distinguirse tres
tipos de terreno:
a) Terreno liso
La superficie de la Tierra puede considerarse lisa si las irregularidades del
terreno son del orden de 0,1R o inferiores a ese valor, donde R corresponde al
máximo valor del radio de la primera zona de Fresnel en el trayecto de
propagación. En este caso, el modelo de predicción se basa en la difracción
sobre Tierra esférica.
38
b) Obstáculos aislados
El perfil del terreno del trayecto de propagación está compuesto de uno o más
obstáculos aislados. En este caso, dependiendo del número de obstáculos y de
la idealización utilizada para caracterizar los mismos, se utilizan los siguientes
modelos de predicción:
Obstáculo único en arista en filo de cuchillo
Obstáculo único de forma redondeada
Dos aristas aisladas
Obstáculos múltiples aislados
c) Terreno ondulante
El perfil está compuesto de varias colinas pequeñas, ninguna de las cuales
representa un obstáculo mayor. En esta gama de frecuencias, la
Recomendación UIT R P.1546 es la más adecuada para predecir la intensidad
de campo pero no sirve como método de propagación por difracción.
2.4.5.2. Difracción sobre una Tierra esférica
El valor relativo de la intensidad de campo por difracción, E, con respecto a la intensidad de
campo el espacio libre, E0, viene dado por la fórmula siguiente:
(
) ℎ ℎ (2.7)
Donde:
E: intensidad del campo recibido
E0: intensidad de campo en el espacio libre, a la misma distancia
d: distancia entre los extremos del trayecto
h1 y h2: altura de las antenas sobre la superficie de la tierra esférica.
En el caso de trayectos con visibilidad directa (LOS) con difracción subtrayecto
sobre Tierra esférica, puede utilizarse una interpolación lineal entre el límite de la
zona de difracción (punto en que está libre de obstáculos el 60% del radio de la
primera zona de Fresnel), donde la atenuación correspondiente al espacio libre es
cero, y el horizonte radioeléctrico. Conforme a este procedimiento, las pérdidas por
difracción se calculan en función del radio de la primera zona de Fresnel, R1, con la
siguiente ecuación:
39
[
] (2.8)
Donde:
h: trayecto libre de obstáculos entre 0 y 0,6 R1.
Ah: pérdidas por difracción en el horizonte radioeléctrico
2.4.5.3. Difracción sobre obstáculos aislados
Obstáculo único en arista en filo de cuchillo
En este caso extremadamente idealizado (Figura 22), todos los parámetros
geométricos se agrupan en un solo parámetro adimensional, que normalmente se
designa por v y que puede tomar distintas formas equivalentes según los parámetros
geométricos elegidos.
ℎ√
(
) (2.9)
Donde:
ℎ: Altura de la cima del obstáculo sobre la recta que une los dos extremos del
trayecto. Si la cima queda por debajo de esa línea, h es negativa. El parámetro ν tiene
el mismo signo que h
d1 y d2: distancias desde los dos extremos del trayecto a la cima del obstáculo.
Ilustración de un obstáculo idealizado con arista en filo de cuchillo. Figuara 22:
Fuente: UIT, RECOMENDACIÓN UIT-R PN.526.
40
Puede observarse en la Figura 22 que √ ℎ ⁄ donde R1 es el radio de la
primera zona de Fresnel. La pérdida provocada por la presencia del obstáculo, J(v),
depende únicamente de v . Para la mayor parte de los casos prácticos (v > -0.78)
puede calcularse como:
(√ )
(2.10)
Obstáculo único de forma redondeada
En la Figura 23 se indica la geometría de un obstáculo de forma redondeada de radio
R . Obsérvese que las distancias d1 y d2, y la altura h por encima de la línea de base,
se miden con respecto al vértice formado por la intersección de la proyección de los
rayos sobre el obstáculo. La pérdida por difracción de esta geometría puede
calcularse mediante la siguiente expresión:
(2.11)
Donde:
J (ν): es la pérdida de Fresnel-Kirchoff debida a una arista en filo de cuchillo
equivalente cuya cresta esté en el vértice.
T (m,n) es la atenuación adicional debida a la curvatura del obstáculo. Las
expresiones para el cálculo completo pueden encontrarse en la Recomendación.
Representación geométrica de un obstáculo redondeado Figuara 23:
Fuente: UIT, RECOMENDACIÓN UIT-R PN.526.
41
Dos aristas aisladas
Un primer método consiste en aplicar sucesivamente la teoría de la difracción en
arista de filo de cuchillo a los dos obstáculos; la parte superior del primer obstáculo
actúa como fuente de difracción sobre el segundo (Figura 24). El primer trayecto de
difracción, definido por las distancias a y b y la altura h'1 produce una pérdida L1
(dB); el segundo trayecto de difracción, definido por las distancias b y c y la
altura h'2 produce una pérdida L2 (dB). L1 y L2 se calculan utilizando las fórmulas
de la Sección 4.1. Adicionalmente, se agrega un término de corrección Lc(dB) para
tener en cuenta la separación b entre las dos aristas. Lc puede estimarse por la
siguiente fórmula:
[
] (2.12)
Válida cuando L1 y L2 son ambas superiores a unos 15 dB. La pérdida por difracción
total viene dada entonces por:
(2.13)
El método anterior es particularmente útil cuando ambas aristas producen pérdidas
similares.
Dos aristas aisladas con pérdidas similares. Figuara 24:
Fuente: UIT, RECOMENDACIÓN UIT-R PN.526.
Si predomina una arista (Figura 25), el primer trayecto de difracción viene definido
por las distancias a y b + c y la altura h1. El segundo trayecto de difracción viene
definido por las distancias b y c y la altura h'2 .
42
El método consiste en aplicar sucesivamente la teoría de la difracción en una arista
en filo de cuchillo a los dos obstáculos. En primer lugar, la mayor relación h/R1
determina el obstáculo principal, M , donde h es la altura de la arista medida desde el
trayecto directo Tx-Rx como muestra la Figura 25, y R1 es el radio del primer
elipsoide de Fresnel que viene dado por la ecuación (2). A continuación se utiliza h'2
que es la altura del segundo obstáculo desde el subtrayecto MR , para calcular las
pérdidas causadas por este obstáculo secundario. Se resta un factor de corrección, Tc
(dB), para tener en cuenta la separación entre las dos aristas así como su altura. Por
tanto, las pérdidas por difracción total vienen dadas por:
(2.14)
Dos aristas aisladas con un obstáculo predominante Figuara 25:
Fuente: UIT, RECOMENDACIÓN UIT-R PN.526.
Este mismo método puede aplicarse a los obstáculos de forma redondeada, con las
fórmulas correspondientes a este tipo de obstáculos.
2.4.5.4. Difracción sobre obstáculos múltiples aislados
Método de cilindros en cascada
Para calcular la pérdida por difracción sobre obstáculos múltiples, el método parte
del supuesto de que cada obstáculo puede representarse mediante un cilindro cuyo
radio es igual al radio de curvatura de la parte superior del obstáculo; este método es
el que conviene utilizar cuando se dispone del perfil vertical detallado de la cumbre.
La Figura 26 muestra una representación gráfica del método.
43
Representación del método de cilindro en cascada Figuara 26:
Fuente: UIT, RECOMENDACIÓN UIT-R PN.526
Tras haber modelado el perfil de esta manera, las pérdidas por difracción para el
trayecto se calculan como la suma de tres términos:
la suma de las pérdidas por difracción en los cilindros;
la suma de la difracción del subtrayecto entre cilindros (y entre
cilindros y terminales adyacentes);
un término de corrección.
Método de aristas en filo de cuchillo en cascada
Este método se basa en el método Deygout limitado a un máximo de tres aristas. La
arista principal p en el trayecto define a su vez dos subtrayectos, con aristas
dominantes t y r . El exceso de pérdida por difracción en el trayecto viene dado por:
( ) [ ] Para (2.15)
Donde:
( ): Pérdida por difracción en arista en filo de cuchillo en el obstáculo dominante p
, ): Pérdidas por difracción en aristas en filo de cuchillo en los obstáculos
dominantes t y r , en los dos subtrayectos.
C: corrección empírica C = 10.0 + 0.04 D
D: longitud total del trayecto (km) y
T = 1.0 – exp [ – J (Vp) / 6.0 ]
44
2.4.5.5. Organigrama de la propagación por difracción
Fuente: UIT, RECOMENDACIÓN UIT-R PN.526.
45
2.5. Gap filler
Según varios autores, “un gap-filler, o también denominado “rellenador de zonas de
sombra”, es un dispositivo utilizado en las redes digitales de broadcast (difusión)
para brindar cobertura a los lugares donde no llega la señal o el nivel recibido no es
satisfactorio” (COMTEL, 2011).
Entonces los Gap Fillers permiten el despliegue de redes SFN con lo que se tiene
mejor aprovechamiento del espectro. La modulación OFDM, mediante su intervalo
de guarda, evita interferencia en zonas de cobertura común a la misma frecuencia.
Esta opción posee menor costo que los Transmisores Regenerativos y es más
eficiente en áreas sin cobertura.
“En el ámbito de la TDT, los reemisores se conocen frecuentemente con la
denominación de Gap-Fillers. En la siguiente figura se muestra un diagrama de la
solución para cubrir zonas sin cobertura mediante su utilización” ((DiBEG), 2007):
Solución para pequeñas zonas sin cobertura Figuara 27:
Fuente: Tesis, Carlos Barraza.
Una de sus principales ventajas es su bajo costo y consumo de energía eléctrica;
además, no requieren de una red de transporte para llevar la señal hasta el gap-filler,
basta con ubicar la antena receptora de este gap-filler en un lugar donde haya
recepción de la señal proveniente del o los transmisores. Su instalación es sencilla
porque solo se requiere de las antenas de transmisión y recepción, el medio de
transmisión para llevar la señal de las antenas al gap-filler y la alimentación eléctrica
para el equipo; nótese que no son necesarios equipos adicionales como receptor
46
satelital, modulador, etc., ya que solo retransmiten la señal recibida; sin embargo,
algunos gap-fillers regeneran la señal antes de retransmitirla.
“El cancelador de ecos es un algoritmo que elimina las señales y los efectos de la
retroalimentación que se presentan debido al uso del mismo canal de frecuencia. Se
realiza un procesamiento digital de las señales de entrada (senal del transmisor) y de
salida (señal que emite el gap-filler) para obtener una estimación en tiempo y nivel
del eco generado, y luego restar la señal de entrada y eliminar la influencia del eco;
su procedimiento es dinámico, debido a que las condiciones de transmisión no son
constantes y dependen de factores meteorológicos y físicos” (COMTEL, 2011).
2.5.1. Tipos de Gap-Fillers
Técnicamente existen dos tipos: Gap-Filler Doméstico y Gap-Filler Profesional.
Gap-Filler Doméstico:
“Último elemento de la cadena de repetición. Costeado y operado por el usuario
final. Consiste básicamente de un amplificador automático de ganancia. A pesar de
añadir algún filtro, no puede conseguirse una buena selectividad. Por lo tanto,
generalmente sirven para amplificar un grupo de canales o incluso toda la banda”
(COMTEL, 2011).
Gap-Filler Profesional:
“Incluye elementos de cancelación de ecos para mejorar la calidad de la señal
transmitida. Operado y costeado por el operador de red. Convierte el canal de
RF a FI (normalmente 36MHz) y luego la señal atraviesa un filtro SAW
(Surface Acoustic Wave, filtro de baja pérdida que produce la propagación de
energía acústica en una sola dirección evitando las pérdidas de una
configuración de propagación bidireccional). Este filtro es el responsable del
retardo entre la señal de recepción y transmisión: aproximadamente 1.5μS.
Finalmente se recupera el mismo canal de radiofrecuencia para la retransmisión,
previa amplificación. En la figura 28 se presenta un diagrama de bloques de un
gap-fille profesional” (COMTEL, 2011).
47
Diagrama de Bloques del gap-filler profesional Figuara 28:
Fuente: Tesis, Carlos Barraza.
2.5.2. Problemática del Gap Filler
“Problema de la realimentación: es el principal inconveniente de utilizar
Gap-Fillers es el acoplo que se presenta entre las antenas receptoras y
transmisoras. Lo cual se debe al hecho de que se está utilizando la misma
frecuencia tanto para la transmisión como para la recepción de la señal.
Una solución es usar un cancelador de ecos, que limite dichos acoplos de las
señales transmisora y receptora. Además, en la instalación del sistema
reemisor se busca el mayor aislamiento posible de las antenas aprovechando
la altura de la torre para poner la antena receptora lo más separada posible de
la transmisora teniendo en cuenta sus diagramas de radiación” (Openheimer
L. , 2011).
El aislamiento mínimo que debe existir se puede calcular mediante las siguientes
fórmulas:
Para: (2.16)
Dónde:
: Ganancia.
: Potencia Transmitida.
: Potencia Recibida.
β: Aislamiento.
Por ejemplo, para poder amplificar hasta 30 dBm, si se reciben -45 dBm, la
condición de aislamiento será de: β 85 dB.
48
El factor de -10 es la condición mínima de trabajo del Gap-Filler obtenida
empíricamente.
Con la utilización del cancelador de ecos es posible disminuir la exigencia de
aislamiento de la instalación hasta a 15dB por debajo de la ganancia:
Sin embargo el algoritmo del cancelador introduce un retardo de 4 a 8 μseg, lo cual
es compatible para las redes SFN (Single Frequency Network).
El aislamiento también depende de los siguientes factores:
Frecuencia: A mayor frecuencia, se tienen también mayor aislamiento.
Directividad de antena receptora: Cuanto más directiva sea se tendrá mayor
aislamiento.
Posición relativa entre el sistema radiante y la antena receptora.
Sincronización: debido a que operan en redes SFN se requiere de una rigurosa
sincronización. Para solucionar esto, en el caso de que el retardo sea mayor al
intervalo de guarda OFDM, los Gap-Fillers permiten el uso de sistemas de
sincronización en base a GPS.
49
CAPÍTULO 3
ANÁLISIS PRELIMINARES DE TDT INSTALADO
3.1. Estudios de los parámetros del estándar ISDB-Tb
Para definir los parámetros y las especificaciones con las que debe operar el sistema
de TDT, se empleara la norma técnica ABNT NBR 15601 (TELEVISIÓN DIGITAL
TERRESTRE-SISTEMA DE TRANSMISIÓN), a continuación las figuras y los
conceptos se basara en la respectiva norma (Serie de Materiales de Investigación,
2010).
3.1.1. Ancho de banda
ISDB-Tb define un sistema de transmisión de banda segmentada, dividiendo los
6MHz asignados originalmente para la transmisión de un canal de televisión
analógico, en 14 segmentos (Ns), de los cuales 13 se destinan a la transmisión de las
portadoras OFDM y el segmento restante, se divide en dos márgenes de seguridad,
uno por encima y otro por debajo de los límites de los 13 segmentos, con la finalidad
de evitar la interferencia con los canales adyacentes; estos márgenes se denominan
bandas de guarda (G1 y G2) y se muestran en la Figura 29. Una de las características
fundamentales de ISDB-Tb es la posibilidad de ofrecer el servicio one-seg
destinado a los receptores móviles y portátiles, utilizando un solo segmento, el
segmento central de la banda, de tal manera que quedan igual número de segmentos
a la izquierda y a la derecha.
Bandas de Guarda Figuara 29:
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
Entonces, los 6 MHz se organizan en 14 segmentos, un segmento central, seis
segmentos a la izquierda, seis segmentos a la derecha y un segmento para las bandas
de guarda, tal como se muestra en la Figura 30:
50
Segmentos para servicios y bandas de guarda Figuara 30:
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
En consecuencia, el ancho de banda que ocupará cada segmento según (Néstor Oscar
Pisciotta), se puede calcular con la ecuación 3.1:
(3.1)
Dónde:
: Ancho de banda del segmento (hertz).
: Ancho de banda del canal (hertz).
: Numero de segmentos (adimensional).
Remplazando se obtiene:
Por lo tanto, el ancho de banda de los 13 segmentos disponibles para el servicio de
televisión digital se calcula con la ecuación 3.2:
(3.2)
51
Se calculó un ancho de banda de la señal, de 5,571 MHz (Para el modo 1); sin
embargo, para la radiodifusión de TDT, el estándar emplea un ancho de banda de 5,7
MHz, independientemente del modo empleado; este ancho de banda se adopta para
asegurar que la portadora del límite inferior y del límite superior de la banda incluya
el 99% de energía.
3.1.2. elección de parámetros OFDM
Para la selección de los parámetros de un sistema OFDM, resulta de un acuerdo entre
distintos requerimientos frecuentemente conflictivos entre sí, esto significa que
cuando se logra optimizar uno de ellos, los restantes se ven afectados de alguna
manera. Dentro de los requerimientos básicos para dimensionar el sistema son: el
ancho de banda disponible, la tasa de datos deseada y el tiempo de retardo de las
señales reflejadas.
Para el tiempo de retardo de la señal reflejada es importante seguir la regla: El
tiempo de guarda (TG) es mayor que el tiempo de retardo de las señales reflejadas.
Además, se debe cumplir que el tiempo útil (TU)>>TG, porque TG tiende a introducir
pérdidas en la relación señal a ruido; esto se debe a que en el tiempo de guarda se
transmite una porción del símbolo OFMD duplicada, que no representa información
útil; por lo tanto, disminuye de la eficiencia espectral y por ende, de la relación señal
a ruido.
En cuanto al tiempo útil de símbolo (TU) no debe ser muy grande porque aumentaría
el número de portadoras y disminuiría el espacio de separación entre éstas,
presentando susceptibilidad al ruido de fase y al offset de frecuencia. El ruido de fase
produce la rotación de la constelación del esquema de modulación de las portadoras
y el ICI, debido al desplazamiento de frecuencia.
Además, el tiempo de guarda debe ser mayor o igual que el tiempo de retardo (t r) de
la señal reflejada respecto del punto de reflexión más lejano, de tal manera que las
señales reflejadas no representen interferencia para el receptor. Según lo explicado
anteriormente, el intervalo de guarda cumple la siguiente condición:
52
(3.3)
Dónde:
: Tiempo útil de símbolo (segundos).
: Tiempo de Guarda (segundos).
: Tiempo de retardo (segundos).
Entonces, para determinar el valor del tiempo de guarda y del tiempo útil de símbolo,
es necesario conocer el número de portadoras (L) que se transmitirán en el tiempo de
símbolo (TS = TU + TG). Para calcular el número de portadoras necesarias, para
transmitir una determinada tasa de datos, en el ancho de banda disponible, se emplea
el Teorema de Shannon:
(3.4)
Dónde:
: Capacidad teórica del canal.
: Ancho de banda del canal.
: Relación señal ruido.
Para calcular la capacidad teórica del canal es necesario conocer el valor de la
relación señal-ruido (S/N). Considerando que se transmiten portadoras de datos y
portadoras piloto, se tomará el valor de la relación portadora-ruido (C/N), en lugar
del valor de S/N. El valor de C/N es variable, entre 3dB y 22dB, dependiendo del
tipo de canal que se considere (Rayleigh, Rice o Gaussiano), de la tasa de
codificación interna (código de protección) y del tipo de modulación digital que se
emplee.
En ISDB-Tb se tiene un canal en el cual existen una señal directa y múltiples señales
reflejadas (Canal Rice).
Para aplicar el Teorema de Shannon se van a tomar las peores condiciones que se
pueden presentar en la transmisión, siendo éstas las que se detallan a continuación:
53
Modulación 64QAM: Al usar esta modulación digital para las portadoras, la
señal transmitida no puede ser receptada a grandes distancias, por ser menos
robusta, esto se debe a que los puntos en la constelación se encuentran más
unidos y son más sensibles al ruido, por ello, la relación señal a ruido mínima
a cumplirse, es más alta que la requerida al modular las portadoras utilizando
una menor cantidad de puntos en la constelación, como es el caso en 16QAM
o QPSK. En la Figura 31 se muestra la cobertura de cada señal cuyas
portadoras son moduladas con los tres tipos de modulación digital
mencionados anteriormente.
Robustez de las señales Figuara 31:
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
Código convolucional 7/8: Esto significa que de cada 7 bits de datos se
inserta uno de redundancia, es la peor condición que presenta el estándar
porque utiliza la menor cantidad de bits de protección, y en consecuencia se
tiene una señal débil.
El ancho de banda AB (5,571MHz) con modulación 64QAM y código convolucional
7/8 cumple con una C/N de al menos 22dB (159 veces).
Aplicando el teorema de Shannon y reemplazando en la ecuación 3.4 C/N por S/N,
se obtiene la capacidad teórica del canal:
(
)
Remplazando los valores se obtiene:
54
Con la capacidad de 40,79 Mbps es posible determinar la relación entre el número de
portadoras (L) y el tiempo de símbolo (TS), para lo cual se emplea la ecuación 3.5:
(3.5)
Dónde:
: Tasa de datos, siendo aceptado que .
: Número de bits por símbolo transmitidos en una portadora, utilizando
un esquema de modulación 64-QAM, son 6 bits.
Finalmente:
(
) (3.6)
Entonces, se puede decir que son necesarias 7 portadoras por cada microsegundo que
tenga de duración total un símbolo.
Con el objetivo de simplificar el diseño y la fabricación de los receptores, el estándar
ha definido un conjunto reducido de valores discretos y normalizados para algunos
parámetros, entre los que se encuentra el intervalo de guarda (Δ). El intervalo de
guarda se define como la razón entre el tiempo de guarda y el tiempo útil de símbolo,
ecuación 3.7:
(3.7)
La peor condición se presenta cuando
, porque para este valor de se tiene el
menor tiempo de guarda.
Reemplazando ,
y
en la ecuación 3.6, se obtiene:
(
)
55
(
)
(
) [ ]
Para garantizar que todas las señales multitrayectoria lleguen al receptor durante el
tiempo de símbolo, el tiempo de guarda debe ser mayor o igual al tiempo de retardo
( ) de la señal reflejada, respecto del punto de reflexión más lejano; entonces, la
peor condición se presenta cuando ; reemplazando esta expresión se obtiene
la ecuación 3.8.
(3.8)
El estándar no brinda un valor para , pero sí define uno para L; entonces, se tomará
este valor para determinar .
Antes de utilizar el valor de L para los cálculos, es necesario tomar en cuenta que el
valor de L satisface las siguientes condiciones:
1. En L portadoras existen (L-1) espacios, con ancho de banda Δf, como se
muestra en la Figura 32; por lo tanto, el ancho de banda total ocupado por los
(L-1) espacios es Δf*(L-1), ecuación 3.9:
(3.9)
Ancho de banda total ocupado por L portadoras Figuara 32:
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
2. El ancho de banda total ocupado por NS se calcula con la ecuación 3.2.
Ancho de banda total ocupado por NS segmentos Figuara 33:
56
11 7 3 0 4 89 25 1 6 1210
5,571MHz
428,57kHz
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
El espacio de separación de las portadoras ( ) en un segmento se puede determinar
con la ecuación 3.10:
(3.10)
Donde: es el número de portadoras por segmento.
Separación entre portadoras Figuara 34:
L3
ABsegmento
Δ f1
L2L1 LS L2L1
Δ f2 Δ f1Δ fS
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte.)
Se puede notar que existe una incoherencia con la primera condición. Esto se debe a
que en la primera condición se toman todas las portadoras desde el límite inferior
hasta el límite superior del ancho de banda de los 13 segmentos, debido a que se
tienen bandas de guarda. En cambio, en esta condición se considera que la primera
portadora se encuentra en el límite inferior del ancho de banda de cada segmento y
debido a que no existen bandas de guarda entre segmentos, es necesario tomar en
cuenta el espacio de separación entre la última portadora de un segmento y la
primera portadora del siguiente.
Para cumplir con las tres condiciones se iguala las ecuaciones 3.2 y 3.9:
57
Reemplazando (ecuacion 3.10), se obtiene la siguiente expresión:
Despejando L, se obtiene la ecuación 3.11:
(3.11)
La expresión anterior indica que para cumplir las 3 condiciones expuestas, es
necesario tomar en cuenta una portadora adicional a las L necesarias para la
transmisión, obteniendo así la ecuación para el cálculo del número total de
portadoras dada en el estándar (ecuación 3.11)
El menor número de portadoras que define el estándar, es 108 portadoras por
segmento, reemplazando este valor en la ecuación 3.11 se obtiene:
Considerando la observación descrita anteriormente, para realizar los cálculos se
utilizará el valor de 1404 portadoras, es decir, L=1404.
Reemplazando L en la ecuación 3.8 se tiene:
Los obstáculos entre la señal directa y el receptor pueden ser: elevaciones, edificios,
grandes estructuras metálicas, etc.; de manera que la onda reflejada recorrerá una
distancia mayor hacia el receptor. En la Figura 35 se muestra el recorrido la señal
directa y reflejada hacia el receptor.
Para determinar la distancia que recorre la onda reflejada para llegar al receptor se
usa la ecuación 3.12:
58
(3.12)
Dónde:
: Velocidad de la luz.
: Distancia recorrida por la onda reflejada.
: Tiempo de retardo
Recorrido de la señal directa y reflejada Figuara 35:
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
Recorrido de la señal directa y de la señal reflejada
(
[
])
Reemplazando el valor de en microsegundos, se obtiene:
Entonces, la señal reflejada, respecto del punto más lejano, recorre una distancia de
1,875Km.
A continuación se obtienen los valores de los parámetros restantes.
Espacio entre portadoras:
59
Tiempo útil de símbolo:
Finalmente, se determina la frecuencia de muestreo de la IFFT; con este valor se
busca obtener un número entero de muestras durante el tiempo útil de símbolo (TU),
para ello se utiliza la ecuación 3.13:
(3.13)
Dónde:
: Número de portadoras que deben muestrearse.
: Tiempo útil de símbolo
Se debe tener en cuenta que para que todas las portadoras sean muestreadas, debe
ser mayor o igual a L, entonces:
La frecuencia de muestreo es:
𝑒
3.1.3. Bandas de guarda
Al momento, la televisión analógica deja un canal de 6MHz de separación entre
canales adyacentes para evitar la interferencia, por ello, en la etapa inicial de la
implementación de la TDT se ocupará este espacio libre del espectro para transmitir
los canales de televisión digital, teniendo una transmisión simulcast. En la Figura 36
se muestra cómo operarían los sistemas de televisión con transmisión simulcast.
60
Transmisión simulcast Figuara 36:
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
En la Figura 37 se muestra la separación de la y la de los canales analógicos
adyacentes al canal digital ISDB-Tb.
Espaciamiento en frecuencia de canal ISDB-T con canales analógicos Figuara 37:
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
Entonces, las separaciones en frecuencia son las siguientes:
, entre la PS y la banda de guarda G1.
, entre la PV y la banda de guarda G2.
En la Sección 3.1.1 se determinó que se tiene un segmento de 428,57kHz de ancho
de banda para ser compartido por las bandas de guarda; en un inicio, asumir que cada
banda de guarda ocupa la mitad del ancho de banda de este segmento es algo
prematuro e injustificable. Por ello, para comprender el origen del valor de las
bandas de guarda en ISDB-Tb, se debe partir del criterio usado para establecer los
valores de las bandas de guarda para los canales analógicos.
La Figura 37 muestra a dos canales ISDB-Tb adyacentes y sus bandas de guarda.
61
Bandas de guarda para canales ISDB-Tb Figuara 38:
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
Para la transmisión simulcast, el estándar ISDB-Tb utiliza el criterio de la porción
porcentual de espacio entre las portadoras PS y PV, para calcular el valor de las
bandas de guarda G1 y G2.
Para comprender este criterio, en la Figura 39 se puede observar que para televisión
analógica, la banda de guarda inferior es de 1,25MHz y la superior es de 0,25MHz.
Por lo tanto la separación entre la PS y la PV es de 1.5MHz.
Bandas de guarda para canales analógicos Figuara 39:
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
Al aplicar estas relaciones a canales adyacentes que transmitan señal ISDB-Tb, se
pueden obtener los valores de las bandas de guarda, como se muestra a continuación:
Banda de guarda inferior G1
62
Banda de guarda superior G2
El estándar ISDB-TB define los valores de G1 y G2 de la siguiente manera:
y
Para la transmisión simulcast los valores de separación entre las portadoras de un
canal analógico y las de un canal ISDB-Tb son los presentados en la Tabla 6.
Bandas de guarda ISDB-Tb Tabla 3.
VALORES REFERENCIALES ISDB-Tb
Portadora de sonido y primera portadora
activa OFDM
Portadora de video y última portadora activa
OFDM
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
3.1.4. Off-set de la frecuencia central del canal
Si las bandas de guarda fueran simétricas, la frecuencia central f0 sería 3Mhz, pero
debido a la asimetría de éstas, la frecuencia central se desplaza hacia la derecha. Para
determinar el valor de la frecuencia central f0’, primero se calcula el ancho de banda
que ocupan seis segmentos y medio.
⁄
Entonces, la frecuencia central estará ubicada en la frecuencia que resulta de la suma
del ancho de banda de la G1 con el ancho de banda de los seis segmentos y medio.
63
Si se compara el valor de con el de , se puede evidenciar que la frecuencia se
ha desplazado 1/7 MHz = 0,14214MHz, lo que se conoce como el off-set de 1/7 de la
frecuencia central del canal. Una explicación gráfica de lo anteriormente expuesto se
presenta en la Figura 40.
Off-set de la frecuencia central Figuara 40:
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
3.1.5. Modos 2 y 3 del estándar ISDB-Tb
Para considerar las distancias entre los transmisores de una SFN y garantizar la
adecuada recepción de la señal en receptores móviles, ante las variaciones de la
frecuencia como consecuencia del efecto Doppler (aparente desplazamiento de la
frecuencia debido al movimiento), el estándar ISDB-Tb presenta tres opciones de
separación entre las portadoras OFDM, definidas como modos 1, 2 y 3. El número de
portadoras y el tiempo útil de símbolo varían dependiendo del modo empleado;
consecuentemente, variarán los parámetros que se calculan en base a estos valores.
Todos los resultados obtenidos anteriormente corresponden al modo 1 o modo 2K
(debido a que 2n=2048) del sistema ISDB-Tb. En este modo existen cuatro
configuraciones diferentes, cada una aplicada a un (intervalo de guarda) diferente
(1/4, 1/8, 1/16 y 1/32). Cabe mencionar que mientras el valor de se incrementa, de
igual forma lo hace el tiempo de guarda TG, brindando la posibilidad de cubrir áreas
más extensas sin interferencia; dado que el tiempo útil de símbolo permanece
constante (número de portadoras constante), el tiempo de símbolo aumenta,
afectando la condición TU>>TG. Por tal motivo, el estándar ha definido dos modos
adicionales, modos 2 y 3, para brindar la posibilidad de cubrir áreas más extensas, sin
afectar ésta condición.
f0
f'0
64
Parámetros ISDB-Tb modos 1, 2 y 3 Tabla 4.
Modo 1 Modo 2 Modo 3
Ancho de la banda de un segmento
( )
3000/7=428,57kHz
Separación entre frecuencias portadoras
(
)
3,968kHz 1,984kHz 0,992kHz
Número de portadoras por segmento 108 216 432
Número de portadoras de datos por
segmento
96 192 384
Esquema de modulación de las
portadoras.
DQPSK DQPSK DQPSK
QPSK QPSK QPSK
16QAM 16QAM 16QAM
64QAM 64QAM 64QAM
Símbolos por cuadro 204
Tiempo útil del símbolo 252μs 504μs 1008μs
Relación (
) ¼ 63μs 126μs 252μs
1/8 31,5μs 63μs 126μs
1/16 15,75μs 31,5μs 63μs
1/32 7,875μs 15,75μs 31,5μs
Duración total de símbolo
¼ 315μs 630μs 1260μs
1/8 283,5μs 567μs 1134μs
1/16 267,75μs 535,5μs 107μs
1/32 259,87μs 519,75μs 1039,5μs
Duración total del cuadro
¼ 64,2ms 128,52ms 257,04ms
1/8 57,834ms 115,668ms 231,336ms
1/16 54,621ms 109,242ms 218,484ms
1/32 53,014ms 106,029ms 212,058ms
Frecuencia de muestreo de la IFFT 8,12698 MHz
Codificador interno Código convolucional (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8)
Codificador externo RS (204,188)
Número de segmentos
13
Ancho de banda
5,575MHz 5,573MHz 5,572 MHz
Número total de portadoras
108*Ns+1=1405 216*Ns+1=2809 432*Ns+1=5617
Fuente: ABNT NBR 15601
65
El estándar ha definido que el modo 2 presente una separación de portadoras
equivalente a la mitad de la que se tiene en el modo 1, lo que conlleva a duplicar el
valor del tiempo útil de símbolo, del intervalo de guarda y del número de portadoras,
respecto del modo 1.Entonces, el número de portadoras del modo 2 será:
Aplicando el criterio de la ecuación 3.11
Para obtener la frecuencia de muestreo se utiliza la ecuación 3.13
𝑒
Se puede evidenciar claramente que la frecuencia de muestreo es la misma que la del
modo 1. Los mismos criterios considerados para obtener los valores del modo 2 en
base al modo 1, se aplican para obtener los valores del modo 3, modo 8K, en base al
modo 2; es decir que la separación entre portadoras del modo 3 es la mitad de la
separación entre portadoras del modo 2. En la Tabla 4 se muestran los parámetros
correspondientes a cada modo.
Para determinar las tasas de transmisión R para los distintos valores de los intervalos
de guarda y esquemas de modulación posibles es necesario utilizar la ecuación 3.5.
En esta ecuación no se ha considerado que existan portadoras de datos y de control, y
que para el cálculo de la tasa de datos útil, sólo se toma en cuenta las portadoras de
datos (LD); tampoco se toma en cuenta los coeficientes de corrección, tanto del
codificador interno como del externo.
Al insertar bits de protección, la velocidad de transmisión de los datos disminuye, tal
como se muestra en la ecuación 3.14.
66
(3.14)
Dónde:
: Coeficiente del codificador externo Reed-Solomon, de valor 188/204
: Coeficiente del codificador convolucional o FEC (1/2, 2/3,3/4, 5/6 o 7/8)
: Cantidad de bits transmitidos por portadora (2-QPSK, 4-16QAM y 6-
64QAM)
: Número de portadoras de datos (video, audio y datos) por segmento,
: Tiempo de símbolo
Al tomar en cuenta los cálculos realizados para obtener el modo 2, se puede afirmar
que la tasa de transmisión es independiente del modo empleado, porque al aumentar
el tiempo de símbolo aumenta el número de portadoras en la misma proporción.
La Tabla 5 muestra los valores de la tasa de datos para un segmento, calculados con
la ecuación 3.14. Un ejemplo de cómo se obtienen estos valores se muestra a
continuación:
⁄
⁄
⁄
Para comprobar que el modo de operación no influye en el valor de la tasa de datos,
se hará el mismo cálculo para el modo 1:
⁄
67
Tasa de datos de un único segmento Tabla 5.
Modulación de
las portadoras
FEC Tasa de datos (kbps)
Intervalo de
guarda ¼
Intervalo de
guarda 1/8
Intervalo de
guarda 1/16
Intervalo de
guarda 1/32
DQPSK 1/2 280.85 312.06 330.42 340.43
2/3 374.47 416.08 440.56 453.91
QPSK 3/4 421.28 468.09 495.63 510.65
5/6 468.09 520.1 550.7 567.39
7/8 491.5 546.11 578.23 595.76
16QAM 1/2 561.71 624.13 660.84 680.87
2/3 748.95 832.17 881.12 907.82
3/4 842.57 936.19 991.26 1021.3
5/6 936.19 1040,21 1101,40 1134,78
7/8 983 1092,22 1156,47 1191,52
64QAM 1/2 842.57 936.19 991.26 1021,30
2/3 1123,43 1248,26 1321,68 1361,74
3/4 1263,86 1404,29 1486,90 1531,95
5/6 1404,29 1560,32 1652,11 1702,17
7/8 1474,50 1638,34 1734,71 1787,28
Fuente: ABNT NBR 15601
La Tabla 6 muestra los valores de la tasa de datos para los 13 segmentos, calculados
con la ecuación 3.14, pero se debe multiplicar el número de portadoras por trece. Un
ejemplo de cómo se obtienen estos valores se muestra a continuación:
⁄
⁄
68
⁄
De igual manera, para comprobar que el modo de operación no influye en el valor de
la tasa de datos se hará el mismo cálculo para el modo 2:
Tasa de datos para 13 segmentos Tabla 6.
Modulación de
las portadoras
FEC Tasa de datos (Mbps)
Intervalo de
guarda ¼
Intervalo de
guarda 1/8
Intervalo de
guarda 1/16
Intervalo de
guarda 1/32
DQPSK
QPSK
1/2 3,651 4,056 4,295 4,425
2/3 4,868 5,409 5,727 5,900
3/4 5,476 6,085 6,443 6,638
5/6 6,085 6,761 7,159 7,376
7/8 6,389 7,099 7,517 7,744
16QAM 1/2 7,302 8,113 8,590 8,851
2/3 9,736 10,818 11,454 11,801
3/4 10,953 12,170 12,886 13,276
5/6 12,170 13,522 14,318 14,752
7/8 12,779 14,198 15,034 15,489
64QAM 1/2 10,953 12,170 12,886 13,276
2/3 14,604 16,227 17,181 17,702
3/4 16,430 18,255 19,329 19,915
5/6 18,255 20,284 21,477 22,128
7/8 19,168 21,298 22,551 23,234
Fuente: ABNT NBR 15601
69
3.1.6. Transmisión en capas jerárquicas
3.1.6.1. Capas jerárquicas
ISDB-Tb emplea OFDM de banda segmentada, es decir que transmiten la señal en
capas jerárquicas; cada capa jerárquica consiste de uno o más segmentos y se puede
configurar con diferentes características. Se pueden definir hasta tres capas
jerárquicas (A, B y C), con la posibilidad de especificar en cada una el esquema de
modulación de las portadoras OFDM, la tasa de codificación interna y el número de
segmentos.
Cada capa jerárquica se caracteriza por llevar diferentes servicios.
A la capa jerárquica A se le asigna el segmento central para la transmisión del
servicio one-seg.
A la capa jerárquica B se le asigna segmentos para la transmisión del servicio
HD.
A la capa jerárquica C se le asigna segmentos para la transmisión del servicio
SD.
La ventaja del uso de las capas jerárquicas radica en enviar diferentes servicios con
diferentes características. Por ejemplo, para la capa jerárquica A, generalmente se
utiliza una modulación QPSK y un código convolucional de alta redundancia de bits;
esto se debe a que un canal de baja definición no requiere de una alta tasa de datos y
a que se desea tener una señal robusta que pueda ser receptada en cualquier lugar
dentro del área de cobertura. Para un canal HD, se requiere una alta tasa de datos por
lo que se debe tener una modulación 64QAM y un código convolucional de baja
redundancia de bits, obteniendo una señal poco robusta y disponible en algunos
lugares dentro del área de cobertura.
Segmentos disponibles para cada capa jerárquica Figuara 41:
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
70
El segmento cero puede ser asignado para transmitir cualquier servicio. La Figura
41muestra los13 segmentos asignados a un solo servicio.
El radiodifusor es el encargado de decidir cuántos servicios desea transmitir y por
ende, cuántos segmentos serán asignados a cada capa jerárquica, dependiendo de la
tasa de datos que requiera y de la robustez deseada para la señal; entonces, se
especifica el esquema de modulación de las portadoras y la codificación interna
aplicados a cada capa jerárquica.
En la Figura 42 se muestran algunos ejemplos para la asignación de los 13 segmentos
a cada capa jerárquica.
Ejemplos de asignación de segmentos Figuara 42:
Fuente: Sistema ISDB-Tb (Primera parte)
Debido a la posibilidad de tener transmisión en capas jerárquicas, se puede
determinar la tasa de datos de cada capa jerárquica con la ecuación 3.15:
(3.15)
71
Dónde:
: Coeficiente del codificador externo Reed Solomon, de valor 188/204
: Coeficiente del codificador convolucional o FEC (1/2, 2/3,3/4, 5/6 o 7/8)
: Cantidad de bits transmitidos por portadora (2-QPSK, 4-16QAM y 6-
64QAM)
: Número de segmentos asignados a la capa jerárquica
: Número de portadoras de datos (video, audio y datos)
: Tiempo de símbolo.
3.2. Sistema de tv digital instalado
Los parámetros de TDT autorizado para las pruebas de emisión en el canal 47 con la
programación de la estación de televisión “Oromar TV” se encuentran configurados
de acuerdo al estándar ISDB-Tb. En la Figura 43 se presenta el diagrama de bloques
del sistema de transmisión en su totalidad.
Diagrama de bloques del sistema de transmisión CH47 Figuara 43:
ENLACE FIBRA ÓPTICA CNT
ROUTER
ROUTER
ENCODER
HD
ENCODER
SD
ENCODER
ONE-SEG
DATOS
MULTIPLEXOR Y
RE-MULTIPLEXOR
ISDB-Tb
VIDEO
AUDIO
VIDEO
AUDIO
VIDEO
AUDIO
TX DATOSBTS/ASI
MPEG-4
MPEG-4
MPEG-4
RX DATOSMODULADOR
OFDMBTS/ASI TX
IP
SEÑAL ISDB-Tb
MODULADA
EN OFDM
SEÑAL
ISDB-Tb
AMPLIFICADA
BROADCAST
IP
Elaborado por: Ángel Saca
72
Como se puede visualizar en la figura 43, en primer lugar es comprimida la señal de
audio y video por medio del encoder “Enconder H264”; posteriormente, se coloca
estas señales (MPEG-4) con los datos en el multiplexor ISDB-Tb, para formar el
BTS. Esta información es transportada desde los estudios (Manta) hasta el lugar
donde se realiza la difusión de la señal (cerro Pichincha); para lo cual han optado por
emplear el enlace utilizando la red de fibra óptica que presta el servicio de CNT
(Corporación Nacional de Telecomunicaciones).
Una vez recibida la señal pasa al modulador OFDM, obteniendo las miles de
portadoras moduladas y multiplexadas que conforman la señal OFDM.
Posteriormente, la señal pasa por la etapa de amplificación, y finalmente a través de
la antena transmisora se realiza la difusión de la señal ISDB-Tb a los diferentes
receptores ubicados dentro del área de cobertura, ya sean estos: un televisor
conectado a un set top box o a un televisor con receptor ISDB-Tb incorporado.
3.2.1. Infraestructura
En cuanto a la infraestructura en la cuales están colocados los equipos del sistema de
transmisión de la TDT con el estándar ISDB-Tb para el canal 47 se encuentra los
equipos de televisión análoga de la misma empresa en los cuales se encuentra
compartiendo el espacio de su infraestructura, a continuación se detallan las
características de la infraestructura.
3.2.1.1. Caseta
La caseta se encuentra localizada en el Cerro Pichicha, las coordenadas geográficas
se presentan en la Tabla 6 y sus características principales se describen a
continuación:
Es de hormigón armado con las siguientes dimensiones: 3 metros de ancho,
3.5 de profundidad y 3 metros de altura.
El comportamiento de la infraestructura de la caseta es de “jaula de Faraday”,
para evitar todo efecto de las descargas eléctricas y fenómenos de inducción.
El piso es de cerámica del tipo anti-estático.
El techo es una loseta de hormigón de 0.2 m de altura.
La puerta de la caseta es de hierro, construida con placas de acero y pintura
electroestática y cerradura de seguridad.
73
Plano de la caseta del transmisor de TV Digital Figuara 44:
Elaborado por: Ángel Saca
74
Ubicación del Transmisor Tabla 7.
Cerro Pichincha
Ciudad de Cobertura Quito
Provincia Pichincha
Coordenadas Geográficas 78º31`22.20`` w
0º10`2.12``S
Altura 3766 m
Elaborado por: Ángel Saca
3.2.1.2. Sistema Eléctrico
Para la parte eléctrica se utiliza conductores de cobre flexibles, con aislación en
PVC, desde el tablero general se distribuye para todas los tomacorrientes y también
para su iluminación, existen tomas simples y tomas especiales bien identificados, en
la cual los puntos especiales es de 220 voltios AC.
La iluminación está conformado por una lámpara fluorescente de capacidad máxima
de 15 A a 120 VAC y el interruptor para control del circuito.
Características principales del sistema eléctrico:
Instalación modular.
Tensión nominal un 120/208 o 120/240 VAC
Sistema eléctrico monofásico: 3 hilos + tierra.
Corriente de impulse, limp: 12 KA (10/350 us)
Sistema de puesta a tierra
El diseño de puesta a tierra de una estación, es un sistema perimetral o malla para el
cuarto de equipos y otro para la torre mediante cable de cobre desnudo 1/0 AWG
enterrado a 70 cm bajo el nivel del suelo natural.
El valor máximo de la puesta a tierra para toda la estación es siempre menor o igual a
5 ohmios. Además que los circuitos están aterrizados en una barra de distribución.
75
Sistema de puesta a tierra Figuara 45:
Elaborado por: Ángel Saca
3.2.1.3. Torre
La torre está constituida principalmente por acero galvanizado diseñado para
soportar fuertes vientos, esta se estructura de 4 lados, apoyadas sobre bases de
hormigón armado y concebidas para un fácil montaje / desmontaje sobre la base de
embones empernadas.
Esta torre tiene los siguientes componentes:
1. Estructura portante principal.
2. Sistema de arriostra miento de la torre, según calculo estructural.
3. Escalerilla horizontal de conexión torre-caseta de equipos.
4. Sistema de pararrayos.
5. Sistema de puesta a tierra.
6. Sistema de Balizamiento.
7. Fundición de Hormigón armado, de torre y anclajes.
8. Pernos para anclaje.
76
Esquema del sistema radiante Figuara 46:
Elaborado por: Ángel Saca
3.2.2. Transmisor
El equipo transmisor instalado en el Cerro Pichincha pertenece a la marca HITACHI;
está diseñado para trabajar en la banda UHF. El equipo descrito tiene como potencia
nominal de 1200 Vatios, se lo puede utilizar como una unidad auto contenida de
poca o mediana potencia, o como excitador de un transmisor de alta potencia, para
realizar el trabajo de análisis de cobertura se trabajara con la potencia nominal.
En la pantalla de monitoreo se visualiza los diferentes parámetros de funcionamiento
como: potencia de salida, parámetros de codificación pre configurados y otros.
77
El equipo cuenta con una sección de control y medidas formadas por varios módulos
que sirven para supervisar constantemente su funcionamiento. El tipo de
alimentación que utiliza es monofásica a 120 –240 VAC y 60 Hz.
El transmisor consta de tres etapas: Multiplexor, Modulador y Amplificación.
Adicional a estos en el estudio se tiene el enconder, el cual es el encargado de
codificar la señal para ser trasportada hacia el punto de transmisor.
En la figura 47 se presenta una fotografía del transmisor instalado en el Cerro
Pichincha para la transmisión de la señal de televisión Digital Terrestre con el
estándar ISDB-T del canal 47 perteneciente a la estación Oromar Tv.
Transmisor utilizado Figuara 47:
Elaborado por: Ángel Saca
3.2.3. Encoder
En esta etapa de pruebas de emisión de TDT para el canal 47 se emite una sola
programación, está configurado para que trabaje en full HD utilizando los 13
segmentos OFDM a un solo servicio, por mismo se tiene un solo encoder.
Los parámetros que se presentan en la tabla 12, son con los que se encuentra
configurado.
78
Parámetros de configuración del Encoder Tabla 8.
ENCODER H.264 HD
ENTRADA AUDIO Audio Source SDI
Audio Channel 1 Enabled
Audio Channel 2 Disable
Sample Rate 48000 Hz
VIDEO Video Source SDI
Input Width 1920
Input Height 1080
Input Frame Rate 29,97 fps
Input Video Format Interlaced
AUDIO AUDIO CHANNEL 1 PID 102
Codec MPEG-4 AAC-LC
Bit-Rate 128kbps
Audio Delay [ms] 0
Coding Mode Stereo
AUDIO CHANNEL 2 PID 103
Codec MPEG-4 AAC-LC
Bit-Rate 128kbps
Audio Delay [ms] 0
Coding Mode Stereo
VIDEO VIDEO SETTINGS PID 101
Codec H 264
Aspect Ratio 16x9
Rate Control Mode CBR
VBR Min. Bit-Rate [bps] 12000000
VBR Max. Bit-Rate [bps] 12000000
Video Bit-Rate [bps] 12000000
CODEC SETTINGS Profile High
Level 4
IDR Keyframes None
Coding Mode Automatic
Elaborado por: Ángel Saca.
Los parámetros presentados en la Tabla 7 son los ideales e idóneos para trabajar con
señal HD (Alta definición), entre sus principales características es el códec de video
H264,”recomendado por la UIT para trabajar en video de alta definición que
requiere codificación capaz de proporcionar una buena calidad de imagen con tasas
binarias notablemente inferiores a los estándares previos (MPEG-2, H.263 o MPEG-
4 parte 2), además de no incrementar la complejidad de su diseño” ((UIT), UIT-R
H.264, 2013).
79
3.2.4. Multiplexor
El multiplexor para el estándar ISDB-Tb que se está utilizando es de la marca
Hitachi, modelo “ISMUX-004”. El mismo cuenta con 8 entradas y dos salidas DVB
ASI, por medio de los cuales se conecta los encoders, en nuestro caso se utiliza un
solo encoder con la programación de HD.
El multiplexor permite la transmisión jerárquica de hasta 3 capas, con modulación
desde QPSK hasta 64QAM, FEC desde 1/2 hasta 7/8, intervalo de guarda desde 1/2
hasta 1/32, en cualquiera de los 3 modos de transmisión.
Los parámetros que se describieron en el subcapítulo 3.1, son los paramentos para el
transmisor los fundamentales y configurables son:
Modulación: QPSK, 16QAM o 64QAM.
Tasas de Codificación: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 o 7/8.
Numero de capas: 1, 2 o 3.
Modo: 2K, 4K o 8K.
Tiempo de guardia: 1/4, 1/8, 1/16 o 1/32.
Los parámetros descritos representan la forma de transmisión de cada tipo de señal,
HD, SD o 1-SEG, dentro de la banda de 6MHz.
En primera instancia para la selección de la modulación, se sabe que se tiene una sola
programación y se desea transmitir en HD, esta tiene altas tasas de información, y las
adecuadas para trabajar con este tipo de señal son la modulación 64QAM, esta
modulación es poco robusta, pero capaz de transportar altas tasas de información.
La tasa de codificación, también conocido como FEC (Forward Error Correction), es
el principal factor de inmunidad a ruido y asegura la corrección de errores en la
recepción de la señal transmitida debido a que se adiciona bits de redundancia. Se
tiene en cuenta que a mayor redundancia se tiene mejor inmunidad al ruido pero la
tasa de transferencia disminuye, lo que se quiere tener altas tasas de información por
la misma razón se ha seleccionado trabajar con un FEC de: 2/3.
80
Como se menciona anteriormente se tiene una sola programación, por la misma se
utilizara una sola capa y aprovechando los 13 segmentos para la capa1.
Se mencionó que el estándar ISDB-Tb presentan tres opciones de separación entre
las portadoras OFDM, en el mismo el número de portadoras así como el tiempo útil
varían dependiendo del modo empleado, se nota que mientras el valor del intervalo
de guarda se incrementa, de igual forma se lo hace el tiempo de guarda, brindando la
posibilidad de cubrir áreas más extensas sin interferencia. El estándar ha definido que
en el modo 2 (4K) presenta una separación de portadora equivalente a la mitad que se
tiene en el modo 1, lo que conlleva a duplicar el valor del tiempo útil de símbolo, del
intervalo de guarda y del número de portadoras, respecto al modo 1 De igual manera
ocurre en el modo 3 (8K) conllevando a duplicar el valor lo que se tenia en el modo
2. Por esta razón en el modo 3, posibilita cubrir áreas más extensas y por la misma
razón se ha seleccionado que es lo ideal trabajar en el modo 3.
Finalmente luego de tener todos los parámetros antes mencionados, solo queda por
seleccionar el tiempo de guarda, para ello se basa explícitamente en la tabla 5, donde
no se debe sobrepasar la tasa de transmisión (Mbps), para no sobrepasar la tasa de
transmisión de los 16 Mbps en la tabla corresponde trabajar con un intervalo de
guarda de 1/8.
A continuación en la Tabla 9 se presenta los parámetros configurados en el
Multiplexor:
Configuración del Multiplexor Tabla 9.
SISTEMA TMCC
Modo FFT 8 K
Intervalo de Guarda 1/8
LAYER A
Numero de segmentos 13
Modulación 16 QAM
FEC 2/3
Time Interleaving 3
Layer A Bitrate 16.227 Mbps
Elaborado por: Ángel Saca.
81
3.2.5. Modulador y TX
El equipo utilizado para la etapa de modulación corresponde a la marca Hitachi,
modelo “DIGITAL EXCITER GV4684” el cual es el encargado de llevar a la
frecuencia del canal 47.
Finalmente, la señal ISDB-Tb pasa por la etapa de amplificación, el mismo consta de
5 módulos de amplificación dando una potencia nominal de 1200 vatios, se puede
usar como unidad de poca o mediana potencia, por la etapa de prueba se está
trabajando con la potencia nominal, a continuación en la tabla 10 se indican los
parámetros con las que se visualizan en la etapa de amplificación.
Configuración del sistema de transmisión del CH 47 Tabla 10.
Elaborado por: Ángel Saca.
82
3.2.6. Sistema radiante
El sistema radiante se encuentra ubicado en el Cerro Pichincha, a la salida del
transmisor se utilizará un sistema radiante compuesto por paneles UHF marca SIRA,
modelo UTVC-01 de 11 dB de ganancia por cada panel, relación de ondas
estacionarias de voltaje inferior a 1.18, ancho de lóbulo horizontal a –3 dB de 62°,
tiene doble conector de entrada que opera en polarización cruzada (una entrada para
POLARIDAD H, y la otra para POLARIDAD V), potencia máxima admitida de
2x2.5 kW por panel, impedancia de alimentación igual a 50 . En la Tabla 14, se
detallan las principales características del sistema radiante instalado a la salida del
transmisor.
Configuración del sistema radiante Tabla 11.
Transmisor
(Cerro)
Polaridad Potencia
(W)
No.
Antenas
Acimut
(Grados)
Ganancia
(dBd)
PER
(Kw)
Inclinació
n
Pichincha H 1200 3 65° 12.76 1.43 9.5°
3 155°
Elaborado por: Ángel Saca.
Cálculo de la per
“La PER (Potencia efectiva radiada) se define como la potencia que está radiando
una antena como resultado de la sumatoria de la potencia del transmisor, es decir la
ganancia del sistema radiante y las pérdidas en la línea de transmisión” (CONATEL,
RESOLUCION 072-04-CONATEL-2010, 2010).
En la resolución 072-04-CONATEL-2010 se establece cómo se debe calcular la PER
en el sitio de transmisión, en base al sistema radiante empleado y a las pérdidas en la
línea de transmisión, las cuales se muestran en la Tabla 15.
Pérdidas máximas en la línea de transmisión según el tipo de servicio. Tabla 12.
TIPO DE SERVICIO PÉRDIDAS MÁXIMAS
Televisión VHF 1.5 dB
Televisión UHF 2.0 dB
Elaborado por: Ángel Saca.
83
El cálculo de la PER se realiza en base al número de antenas en el azimut de máxima
radiación y la ganancia del sistema radiante en dBd (La ganancia de una antena
respecto a un dipolo de media longitud de onda.); según la norma técnica las
fórmulas para el cálculo son:
Sistema radiante en una sola dirección
Donde:
GT: Ganancia del arreglo de antenas en dBd
GA: Ganancia de una antena en dBd
AT: Número de antenas
Sistema radiante en 2 o más direcciones
Donde:
GT: Ganancia del arreglo en dBd
GA: Ganancia de una antena en dBd
AMR: Número de antenas en la dirección deseada
AT: Número total de antenas del arreglo
En el caso del presente trabajo se tiene un arreglo de antenas con dos direcciones
debido a la geografía y la población en la ciudad de Quito, para el cálculo se utiliza
la ecuación 3.17, remplazando los valores se obtiene:
12.76 dB
Para obtener la PER se utiliza la ecuación 3.18:
[
]
Donde:
PTX: Potencia nominal de TX expresada en KW.
GT: Ganancia del sistema radiante
Pérdidas (dB): Pérdidas en dB de la línea de transmisión, conectores, etc.
84
Considerando esta recomendación se ha estimado pérdidas adicionales de 2.0 dB
debidas a cables, conectores y distribuidor de potencia. De esta manera se hacen los
cálculos para determinar los niveles de P.E.R. Utilizando distribuidores de potencia
adecuados (un distribuidor simétrico de una entrada y seis salidas). Por medio de los
conectores se alimentan al distribuidor de seis salidas que este también alimenta a
los 6 paneles en polarización horizontal, en la tabla 14 se presenta los datos del
sistema radiante.
Remplazando los valores en la ecuación 3.18 se obtiene:
[
] = 1.43 KW
La línea de transmisión que utiliza es de tipo HELIAX coaxial en espuma, marca
ANDREW, modelo LDF7-50A de 1-5/
8” de diámetro y 50 de impedancia, con
conectores tipo flange L47S en los dos extremos; la atenuación promedio es de 1.9
dB/100 m en banda IV (UHF).
Diagrama de Radiación del sistema radiante Figuara 48:
DIAGRAMA HORIZONTAL
DIAGRAMA VERTICAL
Elaborado por: Ángel Saca
85
Configuración y comportamiento del sistema radiante Figuara 49:
SISTEMA RADIANTE
PATRÓN DE RADIACIÓN
COMPORTAMIENTO TEÓRICO DEL SISTEMA
Elaborado por: Ángel Saca
En la Figura 48 y Figura 49 se presentan los diagramas de radiación del arreglo de
las 6 antenas instalados así como su comportamiento teórico que tendría el sistema
de radiación para la transmisión de la señal de TDT con el estándar ISDB-Tb. En el
primero y segundo grafico se representa el patrón de radiación del arreglo de las seis
antenas tanto el horizontal como el vertical respectivamente. Cabe resaltar que en el
arreglo se colocan tres antenas direccionadas hacia el norte de la ciudad con un
azimut de 45º y los otros tres direccionados hacia el sur con un azimut de 135º, con
este arreglo se trata de cubrir las dos partes de la ciudad tanto el Norte como el Sur
de la ciudad de Quito.
86
CAPÍTULO 4
ANÁLISIS DE RESULTADOS DE MEDICIONES DE INTENSIDAD DE
CAMPO
4.1. Introducción
En este capítulo se presentará todos los resultados obtenidos en las simulaciones y en
las mediciones prácticas de la señal de televisión digital terrestre. Luego de haber
presentado todos los resultados junto con la explicación básica de cada imagen o
tablas de contenidos, se pasará al análisis de todos ellos. La idea principal es aclarar,
dando a conocer las razones del porqué se obtuvieron estos resultados, con la
finalidad de que todo público sea capaz de entender e identificar por qué existen
algunas diferencias entre algunos valores ya sean teóricos y prácticos.
4.2. Resultados de estudio del área de cobertura
El área de cobertura es la superficie de operación autorizada dentro de una zona
geográfica la cual se encuentra regulada por el CONATEL. En el Ecuador para la
televisión análoga existen dos tipos de área de cobertura:
“Área de Cobertura Principal: Esta corresponde a las ciudades que disponen
del servicio de televisión y su intensidad de campo es la mínima a proteger en
el área urbana” (CONATEL, RESOLUCION 072-04-CONATEL-2010,
2010).
“Área de Cobertura Secundaria: Es la que se encuentra a los alrededores de
las ciudades y su intensidad de campo está entre los valores de la zona de
cobertura principal y los límites de la zona geográfica” (CONATEL,
RESOLUCION 072-04-CONATEL-2010, 2010).
Como se ha dicho anteriormente, el Ecuador se encuentra en proceso de pruebas de
emisión razón por la cual no se han establecido normas para la regulación de la
intensidad de campo y se han basado en las recomendaciones de otros países.
Software de simulación Win RPT.
Win RPT realiza la predicción del área de cobertura de una estación transmisora;
para el caso de un sistema de televisión se debe configurar lo siguiente:
87
a) Parámetros RF (Radio Frecuencia) de la estación transmisora:
Tipo de señal a transmitir (Analógica (NTSC, PAL o SECAM) o digital (ATSC,
DVB o ISDB-T)), potencia nominal del Tx (Transmisor); ganancia, diagrama de
radiación vertical y horizontal, azimut y ángulo de inclinación del sistema
radiante; además, pérdidas en la línea de transmisión, frecuencia de operación,
altura de la torre, polarización del Tx y del Rx, ubicación geográfica del Tx, en
coordenadas WGS84 (El WGS84 es un sistema global geocéntrico de
coordenadas geográficas que localiza cualquier punto de la Tierra sin necesitar
otra referencia. Consiste en un patrón matemático de tres dimensiones que
representa la Tierra por medio de un elipsoide, con origen en el centro de masa
de la Tierra) y los umbrales (Nivel mínimo de señal correspondiente a la
sensibilidad que tiene el receptor) en dBµV/m para los niveles de señal.
La norma brasileña (Igualdadcultural.gob.ar, 2011) recomienda que el nivel de
intensidad adecuado para una señal ISDB-Tb, en la banda UHF, debe ser de
, también en el Ecuador optaron por esta recomendación (MINTEL,
2012).
b) Modelo de propagación a utilizarse:
El modelo de propagación que se utiliza para la simulación del área de cobertura
corresponde a la recomendación de la UIT-R PN 526:
La recomendación UIT-R P.526-11 para propagación por difracción presenta
varios modelos para evaluar el efecto de la difracción en la intensidad de campo
recibida; la difracción puede corresponder a la superficie de una tierra esférica o
a terrenos irregulares con diferentes tipos de obstáculos. Los modelos que se
presentan en esta recomendación son aplicables a los diferentes tipos de
obstáculos y a diversas geometrías del trayecto.
Para efectos prácticos se considera que los fenómenos de difracción son
despreciables en la propagación con línea de vista y sin ningún obstáculo dentro
del primer elipsoide de Fresnel.
La zona de difracción de un transmisor se extiende desde donde existe línea de
vista y el trayecto libre de obstáculos es igual al 60% del radio de la primera zona
88
de Fresnel, hasta una distancia más allá del horizonte del transmisor en la que
predomina el mecanismo de dispersión troposférica.
Para configurar los parámetros en el software de simulación se utilizaron los mismos
con los que se encuentra operando el Sistema de Televisión Digital Terrestre para el
canal 47, instalados en el cerro Pichincha. En la tabla 12 los parámetros se describen:
Parámetros configurados en el Sofware de simulación Tabla 13.
Tipo de señal ISDB-T
Potencia nominal (W) 1200
Ganancia de la antena (dBd) 12.76
Diagrama de radiación H
Azimut (grados) 3 a 65º y 3 a 155º
Inclinación (grados) 9.5º
Perdidas en líneas de TX (dB) 2
Frecuencia (MHz) 668.4529
Altura de la Torre (m) 30
Polarización del TX y RX H
Ubicación geográfica del TX 78º31`22.20`` w
0º10`2.12``S
Umbral de recepción 51 dB uV/m
Elaborado por: Ángel Saca
Para la selección de los parámetros OFDM, como se mencionó en el subcapítulo
3.1.2, se tomará las peores condiciones que se pueden presentar en la transmisión
como son: Modulación 64 QAM, al seleccionar este tipo de modulación la señal es
menos robusta, también son más sensibles al ruido y la relación señal - ruido será
más alta. El código convolucional 7/8, es el peor que se presenta en el estándar ya
que utiliza la menor cantidad de bits de protección, Se ha seleccionado las peores
condiciones ya que al momento de la simulación se desea garantizar un nivel de
intensidad de campo igual o superior al establecido en la norma técnica.
4.2.1. Representación de los resultados:
Los resultados se muestran de forma gráfica, dibujando sobre el mapa el área de
cobertura de un sistema de transmisión.
89
A continuación se muestran y analizan los resultados obtenidos en las simulaciones
realizadas para el área de cobertura en la ciudad de Quito. También se verán los
resultados prácticos obtenidos por las mediciones.
Los resultados que vienen a continuación corresponden a los del estudio del área de
cobertura, considerando el transmisor fijo ubicado en el cerro Pichincha.
Para determinar la zona de cobertura, se consideran como parámetros fijos la
potencia de salida del transmisor, altura efectiva, características de radiación e
inclinación electrónica del sistema radiante en el sitio de transmisión, en la figura 50
se muestra los parámetros configurados en el programa WinRPT (Simulador del área
de cobertura).
Paramentaros para la simulación del área de cobertura Figuara 50:
Elaborado por: Ángel Saca
90
Elaborado por: Ángel Saca
Simulación del área de cobertura de la TDT del CH 47 Figuara 51:
CERRO PICHINCHA-CANAL 47: POTENCIA 1.2 KW / S.R. SIRA POL H 3+3 (90°) / INCL: 9.5° / Azimut 45° - 135°
INTENSIDAD DE CAMPO
MINIMO: 51 BuV/M
Estándar: ISDB-Tb
Modo: 8k
FEC: 2/3
Tg/tu : 1/32
Referencia:
91
Los niveles de campo se hallan especificados en dBuV/m, a 5 m de altura.
El área de color verde corresponde al área de cobertura de la señal de televisión
digital terrestre ISDB-Tb, y tiene como intensidad campo requerido mayor o igual a
51 dBuV/m a la entrada de la antena receptora. El área de color café corresponde al
área donde la intensidad de campo está bajo el mínimo requerido, por lo tanto en esta
área no debería existir la recepción de la televisión digital.
4.3. Resultados y análisis de las mediciones práctica tomadas en la ciudad de
Quito.
La cobertura se establece con la determinación de la intensidad de campo real
medida desde un punto determinado, en las cuales se obtiene una determinada
calidad de recepción, dependiendo de la sensibilidad del receptor, del rendimiento de
la antena y del ruido natural o artificial.
Para establecer las mediciones de cobertura se requiere el trazado de radiales y arcos
sobre la ciudad, a continuación en la Figura 52 se muestran los radiales o arcos
establecidos para las mediciones.
Trazo de los radiales y arcos para la ciudad de Quito Figuara 52:
Elaborado por: Ángel Saca
92
Las mediciones tomadas en terreno específicamente en la ciudad de Quito poseen las
mismas coordenadas utilizadas en las simulaciones, esto se produce porque se
necesita saber con exactitud la diferencia que puede existir entre ambos resultados.
En esta parte del estudio será necesario calcular la fórmula del número de muestras a
tomar para obtener un nivel de confianza deseado, se basó en el libro “Estadística
aplicado a las Ciencias”. La fórmula se define como:
𝑒 ( )
“Para decidir el nivel de confianza se toma un valor intermedio y se desea
obtener un nivel de confianza de 93%, los parámetros deben tener los
siguientes valores:
Valor especificado para obtener 93% de
confianza.
Error máximo tolerado para el resultado.
Frecuencia de ocurrencia.
Dado a que no se conoce mucha información se toma una frecuencia de
ocurrencia de 50%. El error debe tener este valor para que se cumpla con el
nivel de confianza estipulado” (Morales, 2012).
Entonces si se reemplazan los datos anteriores, el número de muestras a tomar será
igual a 40. Este resultado nos indica que se tienen que realizar 40 mediciones de
potencias recibidas de la señal de TDT para tener un nivel de confianza de 93%. Este
valor obtenido es un valor razonable y se puede realizar ya que no proporciona
mucho esfuerzo ni tiempo para realizar estas mediciones.
Los 40 puntos fueron tomados en puntos distantes de acuerdo a los radiales y arcos
establecidos en la figura tratando de que cubra toda la ciudad y sus alrededores,
para la ubicación se ayudó de un sistema de posicionamiento global (GPS).
93
Posiciones de las mediciones de campo de TDT en Quito Figuara 53:
Elaborado por: Ángel Saca
Las pruebas de intensidad de campo de los puntos antes mencionados se tomaron en
recepción modo fijo-exterior, se realizan en 40 puntos dentro de la ciudad de Quito y
alrededores. En cada punto se toma mediciones de intensidad de campo. En la
(Figura 53) se presenta una imagen en donde fueron tomadas dichas muestras.
4.3.1. Equipos utilizados en las mediciones
Antena receptora direccional UHF.
Medidor de Campo LF 941D.
GPS.
Para las mediciones de campo se utiliza una antena receptora direccional UHF de
tipo dipolo de media onda, con una ganancia de 1 a 1 dBd, ubicada a 5 metros de
altura sobre el suelo, en cuanto al cable se utilizó 8 metros de cable tipo RG58 con
sus respectivos conectores, a continuación en la figura 54 se presenta la antena
utilizada.
94
Antena UHF para la medición de campo del CH 47. Figuara 54:
Elaborado por: Ángel Saca
El medidor de intensidad campo (Signal Level meter LF 941D) posee una cobertura
de VHF / UHF / CATV 46-870 MHz. Lecturas de nivel van desde -30 hasta 50
dBmV
con una resolución de 1 dB y ± 3 dB exactitud para ambos modos analógicos y
digitales. Se utiliza este medidor de campo para medir la intensidad de campo del
canal 47 de la señal digital, en la Figura 55, se muestra la medida de un punto de la
ciudad de Quito.
Medidor de intensidad de campo Figuara 55:
Elaborado por: Ángel Saca
95
Con la ayuda de un sistema de posicionamiento global (GPS), se ubican y localizan
las mediciones de cobertura de un punto en el plano de la ciudad de Quito para
poder comparar con las mediciones que proporcionan el software (WinRPT) de
predicción de cobertura y poder realizar el respectivo análisis, en la Figura 56 se
presenta un punto de la ciudad de Quito tomada en el GPS:
GPS utilizado para la medición de coordenadas geográficas. Figuara 56:
Elaborado por: Ángel Saca
4.3.2. Resultados prácticos
A continuación en la Tabla 14 se muestran los resultados de las mediciones prácticas
tomados en distintos puntos establecidos en la Figura 53.
Resultados de mediciones prácticas de TDT tomadas en Quito. Tabla 14.
PUNTOS DE MEDIACIONES EN LA CIUDAD DE QUITO
DISTANCIA
DEL TX Referencia AZIMUT Latitud Longitud
INTENSIDAD DE
CAMPO DEL CH 47
[dBuV/m]
RADIO DE
5Km
P1 40° 0° 7'11.00"S 78°30'23.00"O 51
P2 50° 0° 7'46.00"S 78°29'54.00"O 58
P3 60° 0° 8'18.00"S 78°29'36.00"O 65
P4 70° 0° 8'53.00"S 78°29'23.00"O 63
P5 80° 0°9'31.00"S 78°29'8.00"O 71
P6 90° 0°10'10.00"S 78°29'7.00"O 56
P7 100° 0°10'47.00"S 78°29'16.00"O 58
96
Continuación de la Tabla 14
PUNTOS DE MEDIACIONES EN LA CIUDAD DE QUITO
DISTANCIA
DEL TX Referencia AZIMUT Latitud Longitud
INTENSIDAD DE
CAMPO DEL CH 47
[dBuV/m]
P8 110° 0°11'25.00"S 78°29'10.00"O 68
P9 120° 0°12'0.00"S 78°29'27.00"O 55
P10 130° 0°12'29.00"S 78°29'49.00"O 63
P11 140° 0°12'59.00"S 78°30'17.00"O 66
P12 150° 0°13'21.00"S 78°30'44.00"O 55
P13 160° 0°13'44.00"S 78°31'7.00"O 70
P14 170° 0°13'45.00"S 78°31'32.00"O 47
RADIO DE
7,5Km
P15 40° 0° 5'54.00"S 78°29'7.00"O 64
P16 50° 0° 6'35.00"S 78°28'27.00"O 59
P17 60° 0° 7'22.00"S 78°28'18.00"O 57
P18 70° 0° 8'15.00"S 78°28'18.00"O 78
P19 80° 0° 9'11.00"S 78°27'53.00"O 72
P20 90° 0°10'0.00"S 78°28'7.00"O 63
P21 100° 0°10'48.00"S 78°28'21.00"O 74
P22 110° 0°11'35.00"S 78°28'21.00"O 69
P23 115° 0°12'3.00"S 78°28'48.00"O 63
P24 120° 0°12'33.00"S 78°28'50.00"O 46
P25 125° 0°13'30.00"S 78°29'49.00"O 53
P26 130° 0°13'57.00"S 78°29'48.00"O 68
P27 140° 0°14'24.00"S 78°29'38.00"O 54
P28 150° 0°15'0.00"S 78°30'11.00"O 61
P29 160° 0°15'31.00"S 78°31'1.00"O 60
P30 170° 0°15'50.00"S 78°31'29.00"O 62
P31 180° 0°15'51.00"S 78°32'13.00"O 60
P32 190° 0°15'38.00"S 78°33'8.00"O 35
RADIO DE
10Km
P33 40° 0° 4'17.00"S 78°28'25.00"O 58
P34 50° 0° 5'32.00"S 78°27'10.00"O 48
P35 60° 0° 6'26.00"S 78°27'14.00"O 49
P36 105° 0°11'50.00"S 78°26'21.00"O 36
P37 130° 0°16'51.00"S 78°32'56.00"O 54
P38 170° 0°16'42.00"S 78°28'47.00"O 40
P39 180° 0°17'21.00"S 78°31'16.00"O 45
P40 190° 0°17'57.00"S 78°33'31.00"O 51
Elaborado por: Ángel Saca
97
Representación gráfica de la intensidad de campo medida Figuara 57:
Elaborado por: Ángel Saca
Debido a la irregularidad del terreno que se tiene en la ciudad de Quito, se puede
evidenciar que no existe uniformidad en cuanto al área de servicio. Pero lo más
notable es que en el radio de los 5 y 7.5 Km se tiene una mejor señal y en donde se
encuentra la ciudad existe algunos puntos donde la intensidad de campo es débil ya
que son lugares donde no tienen una línea de vista directa con el transmisor. Se
considera también la población para los puntos de medición, en el primer radial (5
Km) se toma 14 mediciones mientras que a los 7.5 Km abarca mayor parte de la
población por lo cual se realizan 18 mediciones, en 10Km se realizan pocas
mediciones ya que son lugares aledaños a la ciudad.
4.4. Discusión y contrastación de resultados
A continuación se contrastarán los resultados prácticos con los resultados teóricos
obtenidos en las simulaciones antes mencionadas. La contrastación de datos se realiza
para tener una visión más clara de los resultados, en ésta se determina si los resultados se
acercan a los reales, o en su defecto se explica las posibles causas.
P1
P2
P3 P4
P5
P6 P7
P8
P9
P10 P11
P12
P13
P14; 47
P15 P16 P17
P18 P19
P20
P21 P22
P23
P24
P25
P26
P27
P28 P29 P30 P31
P32; 35
P33
P34 P35
P36
P37
P38 P39
P40; 51
0 5 10 15 20
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
PUNTOS DE DE MEDICÓN
dB
uV
INTENSIDAD DE CAMPO MEDIDO
RADIO DE 5 Km
RADIO DE 7.5 Km
RADIO DE 10 km
98
Comparación de resultados Tabla 15.
PUNTOS DE MEDICIONES EN LA CIUDAD DE QUITO
DISTANCIA
DEL TX Referencia AZIMUT Latitud Longitud
INTENSIDAD
DE CAMPO
MEDIDO 47
[dBuV/m]
INTENSIDAD
DE CAMPO
SIMULADO
[dBuV/m]
RADIO DE
5Km
P1 40° 0° 7'11.00"S 78°30'23.00"O 51 51,2
P2 50° 0° 7'46.00"S 78°29'54.00"O 58 67
P3 60° 0° 8'18.00"S 78°29'36.00"O 65 66,9
P4 70° 0° 8'53.00"S 78°29'23.00"O 63 63,6
P5 80° 0°9'31.00"S 78°29'8.00"O 71 65,3
P6 90° 0°10'10.00"S 78°29'7.00"O 61 62,3
P7 100° 0°10'47.00"S 78°29'16.00"O 58 61,5
P8 110° 0°11'25.00"S 78°29'10.00"O 68 65,8
P9 120° 0°12'0.00"S 78°29'27.00"O 55 67
P10 130° 0°12'29.00"S 78°29'49.00"O 63 68,6
P11 140° 0°12'59.00"S 78°30'17.00"O 66 66,6
P12 150° 0°13'21.00"S 78°30'44.00"O 55 62,3
P13 160° 0°13'44.00"S 78°31'7.00"O 70 62,8
P14 170° 0°13'45.00"S 78°31'32.00"O 47 52,1
RADIO DE
7,5Km
P15 40° 0° 5'54.00"S 78°29'7.00"O 64 64,5
P16 50° 0° 6'35.00"S 78°28'27.00"O 59 65,7
P17 60° 0° 7'22.00"S 78°28'18.00"O 57 67,1
P18 70° 0° 8'15.00"S 78°28'18.00"O 78 68,3
P19 80° 0° 9'11.00"S 78°27'53.00"O 72 67,1
P20 90° 0°10'0.00"S 78°28'7.00"O 63 68,1
P21 100° 0°10'48.00"S 78°28'21.00"O 74 66,4
P22 110° 0°11'35.00"S 78°28'21.00"O 69 66,1
P23 115° 0°12'3.00"S 78°28'48.00"O 63 68,3
P24 120° 0°12'33.00"S 78°28'50.00"O 46 32,7
P25 125° 0°13'30.00"S 78°29'49.00"O 53 32,8
P26 130° 0°13'57.00"S 78°29'48.00"O 68 64,9
P27 140° 0°14'24.00"S 78°29'38.00"O 54 62,3
P28 150° 0°15'0.00"S 78°30'11.00"O 61 58,3
P29 160° 0°15'31.00"S 78°31'1.00"O 60 56,1
P30 170° 0°15'50.00"S 78°31'29.00"O 62 54,4
P31 180° 0°15'51.00"S 78°32'13.00"O 60 52,5
99
Continuación de la Tabla 15.
PUNTOS DE MEDICIONES EN LA CIUDAD DE QUITO
DISTANCIA
DEL TX Referencia AZIMUT Latitud Longitud
INTENSIDAD
DE CAMPO
MEDIDO 47
[dBuV/m]
INTENSIDAD
DE CAMPO
SIMULADO
[dBuV/m]
P32 190° 0°15'38.00"S 78°33'8.00"O 35 32,8
RADIO DE
10Km
P33 40° 0° 4'17.00"S 78°28'25.00"O 58 59,9
P34 50° 0° 5'32.00"S 78°27'10.00"O 48 63,1
P35 60° 0° 6'26.00"S 78°27'14.00"O 49 49,4
P36 105° 0°11'50.00"S 78°26'21.00"O 36 22,09
P37 130° 0°16'51.00"S 78°32'56.00"O 54 44,29
P38 170° 0°16'42.00"S 78°28'47.00"O 40 44,6
P39 180° 0°17'21.00"S 78°31'16.00"O 45 43,3
P40 190° 0°17'57.00"S 78°33'31.00"O 51 42,4
Elaborado por: Ángel Saca
En la tabla 15 se visualiza la diferencia que existe entre los valores prácticos y los
valores teóricos de nivel de intensidad de campo recibida, a simple vista la diferencia
entre ellos resulta ser muy baja, la razón de ésta es por la relación con los parámetros
considerados en el estudio por el simulador. El software considera muchos factores,
entre ellos se puede mencionar a los porcentajes de variabilidad, que hacen que los
resultados de intensidades de campo netos recibidos sean inferiores a los valores
reales tomados en el mismo punto geográfico.
Representación de la intensidad de campo a 5Km Figuara 58:
Elaborado por: Ángel Saca
51 58
65 63 71
61 58
68
55 63 66
55
70
47 51,2
67 66,9 63,6 65,3 62,3 61,5 65,8 67 68,6 66,6
62,3 62,8
52,1
0
20
40
60
80
0 5 10 15
Comparación de resultados a 5 Km
MEDICIÓN
SIMULACIÓN
100
Para tener una idea clara de la variación que existen entre los valores de intensidad
de campo medidos y la que proporciona el software Win RPT en los siguientes
gráficos se representan las distintas variaciones que existen con la relación a su
distancia del transmisor,
Los resultados gráficos que se representan en la figura 59, los resultados de los
puntos de medición corresponde a una distancia tomada desde el transmisor a 5 Km,
y se puede evidenciar la variación que existe entre la intensidad de campo medido y
el proporcionado por el software en el cual estos errores de medición pueden ser
debido a que en el momento de la simulación no se han tomado parámetros o que en
las mediciones existan obstáculos por la presencia de edificios aledaños.
En la Figura 59 se puede evidenciar que a pesar de que existen variaciones en los
puntos de medición, los valores se aproximan a los valores reales.
Representación de la intensidad de campo a 7.5Km Figuara 59:
Elaborado por: Ángel Saca
Por ultimo en la Figura 60 se presenta una comparación a una distancia lejana (10
Km) al igual que las anteriores, aquí existen variaciones pero estas no son muy altas.
Las variaciones que se presentan normalmente son debido a obstáculos (casas o
edificaciones) que el software no tiene en su base de datos y por lo tanto la
predicción difiere entre el valor real en el punto de medición realizado. Si bien no es
64 59 57
78 72
63
74 69
63
46 53
68
54 61 60 62 60
35
64,5 65,7 67,1 68,3 67,1 68,1 66,4 66,1 68,3
32,7 32,8
64,9 62,3 58,3 56,1 54,4 52,5
32,8
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 5 10 15 20
Comparación de resultados a 7,5 Km
MEDICIÓN
SIMULACIÓN
101
fácil de relacionar la intensidad de campo neto recibido con el software de
predicción, se puede apreciar que las variaciones son bajas, se concluye que el
software de predicción utilizado si acerca a la realidad de intensidad de campo lo
cual va a proporcionar un área de cobertura confiable que se acerca a la realidad.
Representación de la intensidad de campo a 10Km Figuara 60:
Elaborado por: Ángel Saca
En la Figura 51 se presenta el área de cobertura proporcionado por el software, donde
los valores netos de intensidades de campo recibidos se refieren a los valores de
intensidades de campo de la señal transmitida a la entrada de la antena receptora,
representando de color verde el servicio de televisión digital.
4.5. Emplazamiento de gap-fillers
Las condiciones geográficas de la ciudad de Quito dejan a algunas poblaciones sin
cobertura, por tal motivo requieren del emplazamiento de gap -fillers para brindar
servicio de la TDT a estos lugares. Analizando la simulación del área de cobertura de
la Figura 51 se pudieron determinar las zonas de sombra sobre áreas pobladas que
requieren del emplazamiento de gap-fillers.
Como se observa en las simulaciones de cobertura (Figura 61), existen aún zonas
donde la señal simplemente no llega, o no cumple con los valores mínimos
requeridos para tener una buena decodificación de la señal en los receptores. Estas
P33; 58
P34; 48 P35; 49
P36; 36
P37; 54
P38; 40 P39; 45
P40; 51
P33; 59,9 P34; 63,1
P35; 49,4
P36; 22,09
P37; 44,29 P38; 44,6 P39; 43,3 P40; 42,4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Comparación de resultados a 10 Km
MEDICIÓN SIMULACIÓN
102
áreas se presentan en la Tabla 16 con el respectivo nombre a la zona del lugar a la
que corresponden.
Localización de zonas de sombra Figuara 61:
Elaborado por: Ángel Saca
Las zonas de sombra se pueden visualizar en la figura 61 en cuanto a las
características necesarias de los remisores dependerá del área deseada a se cubierta.
103
Poblaciones que requieren el emplazamiento de gap-fillers Tabla 16.
POBLACIÓN
1 La Mena dos
2 La Loma
3 Guápulo
4 Mira Valle
5 Comité del Pueblo
6 Mitad del Mundo
Elaborado por: Ángel Saca
Para cada gap-filler se debe determinar: la ubicación donde se colocara el remisor,
azimut de máxima radiación, ángulo de inclinación y potencia de transmisión.
Para comprender de mejor forma cómo se desea brindar cobertura a las poblaciones
antes mencionadas, en la Figura 63 se presenta el diagrama de bloques de un gap-
filler.
Diagrama de bloques de un gap-filler Figuara 62:
Elaborado por: Ángel Saca
La antena receptora directiva recibe la señal ISDB-Tb y pasa al amplificador de
potencia; este amplificador tiene un transmisor que envía la señal amplificada hasta
el transmisor, por medio de guía de onda. Una vez recibida la señal, el transmisor la
envía hasta la antena para hacer el broadcast en la zona de sombra. La mayoría de
fabricantes que ofrecen gap-fillers tienen el amplificador de potencia y el transmisor
en un solo equipo, siendo innecesario el uso de la guía de onda o de la fibra óptica
para llevar la señal del amplificador al transmisor.
104
En los puntos donde se colocarán los remisores, debe existir la señal ISDB-Tb del
transmisor principal, para amplificar la señal, también debe ser un punto donde se
tiene línea de vista de toda la zona de sombra a ser cubierta por el remisor, por ello es
necesario realizar pruebas de campo en los puntos donde se colocarán los gap-fillers
para determinar de mejor manera y lograr un buen desempeño de los mismos. En
cuanto al azimut y el ángulo de inclinación dependerá del punto donde se colocará el
remisor para cubrir la zona de sombra. Y por último la potencia del remisor depende
mucho de la distancia que va a existir entre el retransmisor y la zona de sombra a ser
cubierta por el mismo.
105
CONCLUSIONES
Mediante el análisis de cobertura de la TDT, se comprobó los resultados
presentados por software con las mediciones de campo, y se constató que
existen algunas zonas pobladas en la ciudad, donde la intensidad de campo es
inferior al mínimo necesario para brindar el servicio de TDT, por lo que el
uso de los gap-fillers es una solución adecuada para lograr cubrir dichas
zonas.
Para las especificaciones con que deben operar en sistema de TDT, bojo el
estándar ISDB-Tb, se basó explícitamente en los parámetros establecidos por
la norma técnica brasileña ABNT NBR 15601.
La potencia del transmisor (1200 vatios); esta potencia es autorizada e
utilizada con fines de emisiones de prueba, con las mediciones de campo y la
simulación de área de cobertura, se pudo constatar que con la potencia que se
encuentra trabajando, es una potencia suficiente para cubrir las zonas
pobladas de la ciudad, junto con las zonas aledañas. Las zonas que no cubren
se deben a obstáculos, a las cuales se los ha denominado zonas de sombra,
que para ser cubiertas tendrán que utilizar gap-fillers, los cuales deberán
trabajar en baja o mediana potencia según el área de la zona de sombra que se
desea cubrir.
Mediante las pruebas de campo, se pudo comprobar que la intensidad de
campo obtenida a través del software (Win RPT) para la predicción de
cobertura se aproxima a los resultados obtenidos mediante mediciones de
campo. Por lo mismo se puede decir que el área de cobertura presentada por
el software son predicciones que se aproximan a las reales.
El modelo de propagación empleado en el software de predicción,
cumpliendo con la “Recomendación UIT-R P.526”, es un modelo
determinista, donde predice las pérdidas de una señal de radio frecuencia. La
característica importante del modelo es que incluye perdidas debido a la
difracción por diferentes obstáculos, y es recomendado para trabajar en
106
terrenos irregulares, por lo mismo se adapta para trabajar con la topología que
se tiene en la ciudad de Quito.
Debido a la topografía que tiene la ciudad de Quito, el sistema radiante
empleado (arreglo de 3 paneles UHF en dos direcciones), es un arreglo
comúnmente utilizado en televisión analógica, por tal motivo se ha utilizado
el mismo criterio ya que se está trabajando con ondas de radifrecuencia, la
característica es que en TDT las antenas tienen dos sistemas de polarización
(polarización horizontal y polarización vertical), permitiendo que en la
recepción pueda existir movilidad.
En el trabajo se realizó un análisis de cobertura, usando el software de
predicción de coberturas (Win RPT) que presenta valores de intensidad de
campo, por este motivo se realizó el análisis con la intensidad de campo. En
la televisión digital existen otros parámetros que se deben tener en cuenta
como es el MER (Modulation Error Ratio), que representa la relación entre la
potencia medida de la señal digital y la potencia medida del ruido, y otro de
los parámetros es el BER (Bit Error Rate), que es la relación entre los
números de bits recibidos incorrectamente con el número total de bits
enviados en un intervalo de tiempo.
107
RECOMENDACIONES
Las emp resa s radiodifusoras p r i vada s y públicas de Televisión Digital
Terrestre en el Ecuador, deberían realizar el despliegue de sus redes en
base a la tecnología SFN (red de frecuencia única). Para lo cual una de las
características importantes a tener en cuenta es el intervalo de guarda de la
modulación OFDM, y evitar la utilización de sistemas de sincronización
mediante GPS.
Para saber las características óptimas del sistema de transmisión, el operador
de red debe comenzar su planificación por la definición de capacidad de
transmisión requerida, esto es el número de programas a emitir y en qué
resolución (SD, HD, Full HD); luego debe definir el o los tipos de recepción
que se considerarán; y por último la zona de cobertura que desea dar el
servicio. Con base en estas definiciones se debe buscar la opción de
configuración del trasmisor que satisfaga mejor los requerimientos.
Se presentó una posible solución de ampliación de cobertura para cubrir las
zonas de sombra en la ciudad de Quito. Se recomienda realizar el estudio,
diseño, instalación y pruebas de cobertura para estas zonas de sombra
existentes actualmente en la ciudad y lograr un buen desempeño de los
mismos.
Para cubrir las zonas críticas donde la señal es débil se deben utilizar gap-
fillers. Se recomienda tomar muy en cuenta la configuración en cuento al
tiempo de retardo y el tipo de modulación a utilizarse para que exista una
sincronización, lográndose sumar las señales y no se interfieran mutuamente.
Se recomienda en futuros trabajos similares, realizar las mediciones de MER
y BER que son mediciones importantes que se deben tener en cuenta para la
televisión digital, mediciones que estuvieron fuera del alcance del presente
proyecto.
108
Se debe analizar la normativa actual ecuatoriana y avocarla al despliegue
para el sistema de televisión digital terrestre, de las redes de difusión de
frecuencia única y lograr optimizar el espectro de frecuencias con el
desarrollo de la TDT en todo el país.
109
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Camargo, J. (2009). Cobertura para redes inalámbricas de interiores. Tesis de
pregrado. Sevilla, España.
110
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112
GLOSARIO
TDT: Televisión Digital Terrestre. Es la tecnología de televisión digital a través de
una antena aérea convencional.
ATSC: de las siglas en inglés Advanced Television System Committee es decir
Comité para el Sistema de Televisión Avanzado, que es el grupo encargado del
desarrollo de los estándares de la televisión digital en los Estados Unidos en
reemplazo del formato analógico NTSC.
ISDB-T: de las siglas en inglés Integrated Services Digital Broadcasting o
Transmisión Digital de Servicios Integrados. Es un conjunto de normas creado por
Japón para las transmisiones de radio digital y televisión digital.
ISDB-Tb: también llamado SBTVD (en portugués, Sistema Brasileiro de Televisão
Digital, es decir, Sistema Brasileño de Televisión Digital), es un estándar de
televisión digital adaptado por Brasil, basado en el sistema japonés ISDB-T.
DTMB: siglas en inglés de Digital Terrestrial Multimedia Broadcast, es decir
Transmisión Multimedia Digital Terrestrre, es el estándar de televisión para
terminales fijos y móviles desarrollado por China.
DVB-T: de las siglas en inglés de Digital Video Broadcasting (T se refiere a
terrestre) es una organización que promueve estándares aceptados
internacionalmente de televisión digital. Se lo conoce como el estándar europeo.
OFDM: de las sigla del inglés Orthogonal Frequency Division Multiplexing, es una
multiplexación que consiste en enviar un conjunto de ondas portadoras de diferentes
frecuencias, donde cada una transporta información, la cual es modulada en QAM o
en PSK.
DQPSK: de las sigla del inglés Dual-polarization quadrature phase shift keying (que
puede traducirse como Modulación por desplazamiento de fase en cuadratura de
polarización dual), esquema que implica la multiplexación de polarización de dos
señales diferentes QPSK, lo que duplica la eficiencia espectral.
113
QPSK: de las siglas del inglés Quadrature Phase-Shift Keying, Este esquema de
modulación es conocido también como Quaternary PSK (PSK Cuaternaria),
Quadriphase PSK (PSK Cuadrafásica) o 4-QAM, pese a las diferencias existentes
entre QAM y QPSK. Esta modulación digital es representada en el diagrama de
constelación por cuatro puntos equidistantes del origen de las coordenadas. Con
cuatro fases, QPSK puede codificar dos bits por cada símbolo. La asignación de bits
a cada símbolo suele hacerse mediante el código Gray, que consiste en que, entre dos
símbolos adyacentes, los símbolos solo se diferencian en 1 bit, con lo que se logra
minimizar la tasa de bits erróneos.
16QAM: de sus siglas en inglés Quadrature Amplitude Modulation, La modulación
por amplitud de cuadratura cuenta con 16 estados diferentes, que están determinados
por el número de símbolos en su diagrama de constelación. Cada uno de los estados
es representado mediante 4 bits.
TMCC: de sus siglas en inglés Transmission and Multiplexing Configuration
Control, se logra enviar hacia el receptor información adicional de control como
puede ser la configuración de los segmentos del canal o parámetros de transmisión
necesarios para el receptor.
MPEG-2: de las siglas en ingles de Moving Pictures Experts Group 2, es el estándar
para audio y vídeo para difusión de calidad de televisión. Ofrece resoluciones de
720x480 y de 1280x720 a 60 fotogramas por segundo (fps), con calidad CD de
audio. Esto es suficiente para la mayoría de estándares de TV, incluyendo NTSC, e
incluso HDTV. MPEG-2 se utiliza para Vds., servicios de TV por satélite y señales
de TV digital por cable. MPEG-2 puede comprimir un vídeo de 2 horas en algunos
gigabytes. Aunque descomprimir una secuencia de datos Mpeg-2 no requiere muchos
recursos del ordenador, la codificación a formato Mpeg-2 requiere
considerablemente más energía para el proceso.
MPEG-4: de las siglas en inglés de Moving Picture Experts Group 4, es el
algoritmo estándar de compresión de gráficos y video basado en la tecnología de
Mpeg-1 y de Mpeg-2 y de Apple QuickTime. Los archivos Mpeg-4 son más
pequeños que archivos JPEG o QuickTime, así que se diseñan para transmitir vídeo e
imágenes a través de un ancho de banda estrecho y pueden mezclar vídeo con texto,
gráficos y capas de animación 2D y 3D.
114
H264: es un estándar de compresión de vídeo también conocido como MPEG-4 Part
10 que es utilizado por la industria especialmente para la codificación de vídeo de
alta definición (HD).
HE-AAC: codificador avanzado de audio de alta eficiencia (HE-AAC del inglés
High-Efficiency Advanced Audio Coding) es un formato de compresión de audio
digital con pérdidas definido como un perfil MPEG-4 Parte 3 de audio en la ISO/IEC
14496-3 basado en la Replicación de banda espectral (Spectral Band Replication
(SBR)) y el estéreo paramétrico (Parametric Stereo (PS)).
MPEG L2: es un formato de compresión de audio con pérdida. Si bien ha sido
sustituido por MP3 en los computadores personales y aplicaciones Internet, sigue
siendo un estándar dominante para la emisión de audio.
Multiplexación: es la combinación de dos o más canales de información en un solo
medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor. El proceso inverso
se conoce como demultiplexación.
DPSK: La modulación por desplazamiento diferencial de fase (conocida como
DPSK, por las siglas en inglés de Differential Phase Shift Keying), es una forma de
modulación digital, donde la información binaria de la entrada está compuesta en la
diferencia entre las fases de dos elementos sucesivos de señalización, y no en la fase
absoluta.
BPSK: de las siglas en inglés Binary Phase-Shift Keying, es la modulación de
desplazamiento de fase de 2 símbolos. También se la conoce como 2-PSK o PRK
(Phase Reversal Keying). Es el más sencillo de todos, puesto que solo emplea 2
símbolos, con 1 bit de información cada uno. Es también la que presenta mayor
inmunidad al ruido, puesto que la diferencia entre símbolos es máxima (180º).
Dichos símbolos suelen tener un valor de salto de fase de 0º para el 1 y 180º para el
0.
Modulación Coherente: donde no ocurre variación de fase de la portadora para
dígitos del mismo valor. Si la fase de la señal permanece, es decir no se experimenta
un cambio brusco de ésta, el método se denomina Modulación de Frecuencia
Coherente.
115
ANEXO 1: Especificaciones técnicas del cable coaxial
116
ANEXO 2: Especificaciones técnicas de los paneles UHF
117
ANEXO 3: Especificaciones técnicas del medidor de campo
